3. Цикл работы поршневого двигателя

Рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания называется совокупность процессов, которые определенной последовательности периодически повторяются в цилиндре, в результате чего непрерывно работает двигатель.

Это следующие процессы:

− Впуск – наполнение цилиндра свежим зарядом смеси или воздуха. (а)

− Сжатие газов (б)

− Сгорание топлива и расширение газов (в)

− Выпуск отработанных газов (г)

Если рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала или за четыре хода поршня, то двигатель называется четырехтактный. Если рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня, то двигатель называется двухтактным.

Рис. 2. а – впуск; б – сжатие; в – расширение; г – выпуск;

1– коленчатый вал; 2 – распределительный вал; 3 – поршень; 4 – цилиндр; 5 – впускной трубопровод; 6 – карбюратор; 7 – впускной клапан; 8 – свечи зажигания; 9 – выпускной клапан; 10- выпускной клапан; 11- шатун

Первый такт: – впуск. При вращение коленчатого вала 1 поршень 3 перемещается из верхней мертвой точки (в.м. т.) в нижнюю мертвую точку (н. м. т.) и в верхней части цилиндра 4 создается разряжение. Распределительный вал 2 через детали газораспределительного механизма 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. В конце такта впуска, при работе двигателя, с полной мощностью, давление в цилиндре составляет 80—90 кН/м² (0,9 кгс/см²), а температура рабочей смеси равна 80–120 °С (у прогретого двигателя).

Второй такт — сжатие. Такт впуска заканчивается, когда поршень приходит в н. м. т. (рис. 2, б). При дальнейшем повороте коленчатого поршень перемещается из н. м. т. в в. м. т. 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 кН/м² (10—12 кгс/см³). Повышение давления сопровождается увеличением температуры смеси до 300–400 °С.

Третий такт — расширение, или рабочий ход. Оба клапана закрываются (рис. 2, в). При подходе поршня в конце такта сжатия к в. м. т. между электродами свечи зажигания 8 проскакивает электрическая искра. Сжатая горючая смесь воспламеняется и быстро сгорает, образуя большое количество горячих газов. Газы давят на поршень, который под их давлением перемещается от в. м, т. до н. м. т. и через шатун 11 вращает коленчатый. 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 давление снижается. В конце сгорания и начале расширения давление достигает 3000—4000 кН/м² (30—40 кгс/см³) при температуре 2000—2200 °С, а в конце расширения снижается до 350—450 кН/м² (3,5—4,5 кгс/см²) при температуре 1200—1500

Четвертый такт — выпуск. Поршень 3 (рис. 2, г) движется от н. м до в. м. т. 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 (остаточные газы). В конце выпуска давление равно 105—120 кН/м² (1,05—1,2 кгс/см²), а температура 700–900 °С. После окончания такта выпуска рабочий цикл двигателя повторяется 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 вращаем и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение остальных (вспомогательных) тактов. В одноцилиндровом двигателе, работающем очень неравномерно, маховик должен обладать большим моментом инерции.