2. Робочий цикл карбюраторних і дизельних двигунів. Параметри процесів

Під час роботи ДВЗ в його циліндрі проходить періодично по­вторюваний ряд змін стану робочого тіла (газу).

Робочим циклом двигуна називається ряд послідовних процесів, періодично повторюваних в кожному циліндрі і обумовлюючих ро­боту двигуна.

Такт - це частина робочого циклу, що відбувається за один хід поршня. По числу тактів, що складають робочий цикл двигуни поді­ляються на два види:

- чотирьохтактні - в яких робочий цикл здійснюється за 4 ходи поршня, або за два оберти колінвала;

- двохтактні - в яких робочий цикл здійснюється за два ходи по­ршня, або один оберт колінвала.

Робочий цикл 4-х тактного двигуна складається з 5 процесів: впуск, горіння, стиску, розширення, випуску, які складають 4 такти: впуск, стиск, робочий хід, випуск.

Робота двигуна за один цикл визначається за індикаторною діаг­рамою, яка являє собою графік залежності тиску газів в циліндрі від об'єму, який змінюється при переміщенні поршня (координати Р-У).

Р- тиск, V- об'єм.

Розглянемо робочий цикл 4- х тактного одноциліндрового кар­бюраторного двигуна.

1. Такт впуску. Поршень рухається від ВМТ до НМТ. Впускний клапан відкритий, випускний закритий. Горюча суміш заповнює ци­ліндр і переміщується з залишковими газами і утворює робочу су­міш. Чим краще наповнення циліндрів, тим краща потужність двигуна. Ступінь заповнення циліндра горючою сумішшю оцінюєть­ся коефіцієнтом наповнення.

Для 4- х тактних карбюраторних двигунів він рівний 0.75- 0.85.

Впуск горючої суміші здійснюється при тиску Ра=0.75- 0.95 кг/см .

Торкаючись до нагрітих стінок циліндрів, суміш нагрівається до 80-130 °С.

2. Такт стиску. Поршень рухається від НМТ до ВМТ. Обидва клапани закриті, поршень стискає робочу суміш, тобто частинки, які добре перемішуються. Тиск різко зростає і вкінці стиску досягає Ра= 7- 12 атм., а 1°=300-350 °С.

В кінці такту стиску між електродами свічки запалення відбува­ється електричний розряд. Робоча суміш запалюється і швидко, зго­рає, викликаючи різке підвищення тиску і температури, які мають наступні значення: Р=25-45 кг/см², Т° С=1900-2200° С.

3. Такт розширення, (робочий хід ).Під тиском газів що розши­рюються поршень рухається від ВМТ до НМТ. В цьому такті прохо­дить перетворення тискової енергії в корисну роботу, тому хід поршня в такті розширення називають робочим ходом. При русі по­ршня до НМТ об'єм циліндра збільшується, тиск і температура газів

зменшується. В кінці такту тиск падає до Р=3,5 кг/см , а температура до Т°С=1000-1200°С.

4. Такт випуску. Коли поршень підходить до НМТ відкривається випускний клапан і при подальшому переміщенні до ВМТ виштов­хує відпрацьовані гази через відкритий клапан в атмосферу. Тиск в циліндрі при цьому складає: Р= 1,05-1,1 кг/см, а температура в кінці знижується до 700-800°С. При підході поршня до ВМТ випускний клапан закривається впускний відкривається і починається повторення робочого циклу.

В 4-х тактному двигуні тільки в такті розширення теплова енер­гія перетворюється в корисну роботу, інші три такти являються під­готовчими. Вони здійснюються за допомогою кінетичної енергії маховика або енергії що розвиваються іншими циліндрами.

Робочий цикл 4-х тактного дизельного двигуна .

На відміну від карбюраторного двигуна в циліндр диз. двигуна паливо і повітря подається окремо. Повітря, що заповнює циліндр піддається стисненню, в результаті його температура і тиск значно підвищуються. В кінці такту стиску в циліндр впускається дрібно розпилене паливо, яке самоспалахує від контакту з гарячим повіт­рям.

I. Такт впуску. Поршень рухається від ВМТ до НМТ. Впускний клапан відкритий, через який надходить повітря Ра=0,85-0,95 кг/см², Т=70-100°С.

II. Такт стиску. Обидва клапани закриті. Поршень рухається від НМТ до ВМТ і стискує повітря. Для надійного самоспалахування палива повітря повинно бути нагріте до Т=650-750°С. Тиск в кінці такту стиску Р_с=30-50 кг/см². Коли поршень підходить до ВМТ через форсунки під високим тиском в камеру згорання вприскується дизе­льне паливо. Перемішуючись з гарячим повітрям, паливо самоспалахує. В кінці горіння температура підвищується до Т=1600-1900°С, гази розширюються і їх тиск на поршень досягає Р=60-90 кг/см².

III. Такт розширення. Клапани закриті. Тиск газів що розширю­ються заставляє поршень опускатись з ВМТ до НМТ, здійснюючи

робочий хід. До кінця розширення Т=800-1000 С, Рв=3-4 кг/см .

IV. Такт випуску. Випускний клапан відкривається. Поршень рухається від НМТ до ВМТ і через відкритий клапан виштовхує від­працьовані гази в атмосферу.

Розглянемо робочий цикл двотактного двигуна. В двотактному двигуні робочий цикл здійснюється за 2 такти або 1 оберт колінвала.

Двотактні двигуни можуть бути карбюраторними і дизельними.

Робочий цикл двотактного карбюраторного двигуна. У двотактному карбюраторному двигуні в стінці циліндра зроб­лено 3 вікна:

- впускне (1);

- продувне (5);

- випускне (2).

Картер «сухий» ізольований від атмосфери. До впускного вікна приєднаний карбюратор, продувочне вікно з'єднується каналом із нижнім картером двигуна, випускне вікно з'єднується з атмосферою.

1-й такт. Поршень рухається від НМТ до ВМТ. При русі поршня до ВМТ після перекриття вікна 2 в циліндрі відбувається стиснення робочої суміші, в картері 3 створюється розрідження. Коли поршень 4 відкриває впускне вікно 1, горюча суміш заповнює картер. При підході поршня до ВМТ стиснена суміш запалюється електричною іскрою.

2-й такт. Поршень рухається від ВМТ до НМТ. Перекриває впускне вікно 1 (положення А), робочий хід продовжується до відкриття випускного вікна 2 (положення Б), вихід газів. Після відкриття продувочного вікна 5 починається надходження горючої суміші із картера через перепускний клапан 6 і продувочне вікно 5 в циліндр.

В двотактному двигуні робочий цикл здійснюється за два такти, чи один оберт колінвала.

Робочий цикл в двигуні відбувається наступним чином: поршень рухається від НМТ до ВМТ перекривши на початку ходу продувочне вікно а потім випускне.

Починається стиснення надійшовшої раніше робочої суміші. В цей момент в кривошипній камері створюється розрідження.

Як тільки нижня кромка поршня відкриває впускне вікно, через нього з карбюратора в кривошипну камеру засмоктується горюча суміш.

Після запалювання робочої суміші в циліндрі відбувається розширення газів, яке здійснює корисну роботу, пересуваючи поршень до НМТ.

В кінці ходу поршень відкриває випускне вікно а потім продувне вікно. Відбувається очищення циліндра від відпрацьованих газів.

Робочий цикл двотактного дизельного двигуна.

Робочий цикл двотактного дизельного двигуна відрізняється лише тим, що у дизеля в циліндр надходить не горюча суміш, а чисте повітря.

Для забезпечення доброго очищення і наповнення циліндра в двох тактних двигунах застосовуються продувочні насоси (нагнітальний).

Роботу 2-х тактного дизеля пояснити на прикладі дизеля ЯМ3-238 В.

1-й Такт. Поршень рухається від ВМТ до НМТ під тиском газів, які розширюються, виконуючи корисну роботу робочий хід. Коли поршень трохи не доходить до продувочних щілин 3 (положення А) відкривається випускний клапан 2, починається процес випуску. При подальшому русі поршня відкриваються продувочні щілини 3 (поло­ження Б) і повітрям продувається циліндр від відпрацьованих газів.

2-й Такт. Поршень рухається від НМТ до ВМТ . Поршень пере­криває щілини, випускний клапан закривається (положення В) і по­чинається стиснення повітря. В кінці стиску під дуже високим тиском через насос-форсунку 1 вприскується паливо.

Порівняльна оцінка 4-х і 2-х тактних дизелів.

1. Потужність 2-х тактних дизелів при будь - яких рівних умовах на 60-70 % перевищує потужність 4-х тактних, подача палива і його згорання проходить при кожному оберті колінвала.

2. Робота 2-х тактного дизеля проходить більш рівномірно, тому що такт розширення проходить при кожному оберті колінвала.

3. В конструктивному виконанні 2-х тактні карбюраторні простіші за 4-х тактні, які не мають механізму газорозподілу.