Особиста сторінка а_устройство_учебнікі
Робочим циклом двигуна внутрішнього згоряння називають сукупність процесів, що повторюються в циліндрі в такій послідовності: впуск свіжого заряду, стиснення, розширення або робочий хід, випуск.
Цикл може бути здійснений або за чотири, або за два такту. У першому випадку цикл називається чотиритактним. у другому - двотактним.
Робочий цикл поршневого двигуна проходить по одній з двох схем, представлених на рис.1. На схемі, зображеної на рис.1, а, представлений робочий цикл із зовнішнім сумішоутворенням (бензинові та газові двигуни), а на рис.1, б - робочий цикл з внутрішнім сумішоутворенням (дизелі і бензинові з безпосереднім уприскуванням).
Малюнок 1 - Схеми робочого циклу двигунів
а) із зовнішнім сумішоутворенням; б) з внутрішнім сумішоутворенням
Робочий цикл чотиритактного бензинового двигуна
При розгляді циклу умовно прийняти, що початок робочого циклу збігається з ВМТ, а кожен такт починається і закінчується в одній з мертвих точок.
Перший такт - впуск
При обертанні колінчастого вала (у напрямку стрілки) поршень переміщується з ВМТ в НМТ, впускний клапан відкривається, випускний клапан закритий. Через відкритий клапан циліндр з'єднується з системою впуску. Внаслідок гідравлічного опору впускного трубопроводу, впускного клапана і збільшення обсягу при переміщенні поршня тиск в циліндрі стає менше атмосферного і повітря надходить в циліндр. Горюча суміш. що складається з парів мелкораспиленном палива і повітря, надходить під дією розрядження з впускного трубопроводу в циліндр, де змішується з невеликою кількістю залишкових газів, що залишилися від попереднього циклу, і утворює робочу суміш.
При підході поршня до НМТ тиск в циліндрі на 0,01 ... 0,02 МПа менше атмосферного, а температура суміші внаслідок підігріву від контакту з нагрітими деталями двигуна і перемішування з відпрацьованими газами підвищується до 350 ... 390 К.
Другий такт - стиск
Такт впуску закінчується, коли поршень приходить в НМТ. При подальшому повороті колінчастого вала поршень переміщається з НМТ у ВМТ і стискає робочу суміш. Протягом такту стиснення обидва клапана залишаються закритими.
Обсяг суміші при стисненні зменшується, а тиск всередині циліндра збільшується і досягає (залежно від ступеня стиснення) 1,0 ... 1,5 МПа, а температура 600 ... 650 К.
Для найкращого використання теплоти, що виділяється при згорянні, необхідно, щоб згоряння палива закінчувалося при положенні поршня, можливо близькому до ВМТ. Тому займання палива в бензинових двигунах, здійснюване електричної іскрою, зазвичай проводиться до приходу поршня до ВМТ.
Третій такт - розширення або робочий хід
Обидва клапана закриті. Стисла робоча суміш запалюється і швидко згоряє, утворюючи велику кількість гарячих газів, внаслідок чого в циліндрі різко збільшуються температура і тиск. Під дією тиску газів поршень переміщується до НМТ, гази розширюються і роблять корисну роботу.
На початку розширення тиск становить 3 ... 4 МПа, температура 2300 ... 2500 К, а при підході поршня до НМТ, внаслідок збільшення обсягу, тиск знижується до 0,3 ... 0,5 МПа, а температура становить 1200 ... 1500 К.
Четвертий такт - випуск
Поршень переміщається від НМТ до ВМТ. Через відкритий випускний клапан відпрацьовані гази виштовхуються з циліндра в випускний трубопровід і в атмосферу.
При такті випуску не досягається повне очищення циліндра від відпрацьованих газів, тому в кінці випуску тиск в циліндрі становить 0,105 ... 0,120 МПа, а температура 700 ... 900 К.
Після закінчення такту випуску робочий цикл повторюється в розглянутої вище послідовності.
Тільки при такті розширення відбувається корисна робота, а решта такти є допоміжними і поршень при цих тактах переміщається за рахунок енергії обертового колінчастого вала з маховиком і роботи інших циліндрів (в багатоциліндрових двигуна).
Робочий цикл чотиритактного дизеля
Робочий цикл чотиритактного дизеля, як і робочий цикл чотиритактного бензинового двигуна, складається з чотирьох повторюваних тактів: впускання, стиснення, розширення газів або робочого ходу і випуску. Однак робочий цикл дизеля істотно відрізняється від робочого циклу бензинового двигуна. У циліндр дизеля надходить чисте повітря, а не горюча суміш. Повітря стискається з високим ступенем стиснення, внаслідок чого значно підвищується його тиск і температура. В кінці стиснення в нагріте повітря з форсунки впорскується мелкораспиленное паливо, запалюється немає від електричної іскри, а від зіткнення з гарячим повітрям.
Перший такт - впуск
При русі поршня від ВМТ до НМТ тиск в циліндрі знижується внаслідок гідравлічного опору фільтра повітря, впускного трубопроводу і через відкритий впускний клапан в циліндр надходить очищене повітря. Повітря перемішується з невеликою кількістю залишилися від попереднього циклу відпрацьованих газів, температура його підвищується, але менше, ніж в бензиновому двигуні, так як кількість залишкових газів в циліндрі дизеля менше, ніж в бензиновому двигуні. Крім того, підігрів повітря відбувається і від контакту з нагрітими деталями двигуна, і в кінці такту впуску температура повітря досягає 320 ... 350 К, а тиск 0,08 ... 0,09 МПа.
Другий такт - стиск
Поршень рухається від НМТ до ВМТ, впускний і випускний клапани закриті. Тиск і температура повітря збільшуються і при підході поршня до ВМТ складають: тиск 4,0 ... 5,5 МПа, а температура 850 ... 1000 К. В кінці такту стиснення за допомогою насоса через форсунку в циліндр під високим тиском впорскується мелкораспиленное паливо. Тиск впорскування становить 13,0 ... 18,5 МПа. Паливо від зіткнення з нагрітим повітрям випаровується, його пари перемішуються з повітрям і спалахують.
Третій такт - розширення або робочий хід
При згорянні палива, внаслідок підведення великої кількості теплоти, різко збільшується тиск і температура утворилися газів.
На початку такту розширення тиск газів становить 6,0 ... 8,0 МПа, а температура 2100 ... 2300 К.
Під дією тиску поршень з ВМТ переміщається в НМТ, здійснюючи корисну роботу. Обсяг циліндра збільшується, тиск і температура газів знижуються і при підході поршня до НМТ складають: тиск 0,2 ... 0,4 МПа, температура 800 ... 1200 К.
Четвертий такт - випуск
Поршень переміщається від НМТ до ВМТ. Через відкритий випускний клапан відпрацьовані гази виштовхуються через випускний трубопровід в атмосферу.
В кінці такту випуску тиск газів 0,11 ... 0,12 МПа, температура 800 ... 900 К.
Після такту випуску робочий цикл дизеля повторюється.
Робочий цикл двотактного карбюраторного двигуна
У двотактних двигунах час, що відводиться на робочий цикл, використовується більш повно, так як процеси впуску і випуску суміщені за часом з процесами стиснення і розширення. На відміну від чотиритактного двигуна очищення циліндра від відпрацьованих газів і наповнення його свіжим зарядом відбувається при положенні поршня поблизу НМТ. При цьому очищення циліндра від відпрацьованих газів здійснюється не виштовхуванням їх поршнем, а попередньо стиснутим до певного тиску повітрям або горючою сумішшю.
На рис.2 представлена схема двотактного карбюраторного двигуна з кривошипно-камерної продувкою.
Малюнок 2 - Схема двотактного карбюраторного двигуна
1 - впускний вікно; 2 - випускне вікно; 3 - свічка запалювання; 4 - циліндр; 5 - поршень; 6 - перепускний вікно; 7 - канал; 8 - герметичний картер
У цьому двигуні немає спеціального механізму газорозподілу. Замість нього циліндр має вікна: впускний вікно 1, що з'єднує циліндр з карбюратором; випускне вікно 2 і перепускний вікно 6, що з'єднує циліндр з герметичним картером за допомогою каналу 7. переміщається всередині циліндра поршень в певній послідовності відкриває і закриває вікна, виконуючи функції механізму газорозподілу. У циліндр двотактного двигуна з кривошипно-камерної продувкою горюча суміш надходить через картер. Для підготовки двигуна до роботи необхідно зробити два підготовчих ходу: перший - впуск горючої суміші в картер; другий - перепуск горючої суміші з картера в циліндр.
Поршень 5 переміщається від низу до верху і бічною поверхнею спочатку закриває перепускний вікно 6, а потім і випускне 2. У циліндрі відбувається стиск робочої суміші, а в картер внаслідок розрядження з карбюратора надходить горюча суміш. При підході поршня до ВМТ між електродами свічки запалювання з'являється електрична іскра, в результаті чого робоча суміш в циліндрі запалюється і згорає.
Утворилися гарячі гази розширюються і тиснуть на поршень, внаслідок чого він опускається вниз, здійснюючи робочий хід. В кінці робочого ходу поршень спочатку відкриває випускне вікно 2, і відпрацьовані гази з циліндра через глушник виходять в атмосферу. Опускаючись нижче, поршень відкриває пропускний вікно 6, і горюча суміш по каналу 7 надходить в циліндр, заповнює його і витісняє відпрацьовані гази. Незначна частина горючої суміші разом з відпрацьованими газами виходить в атмосферу і не приймає участі в робочому циклі.