6. Рабочие циклы двс
На автомобилях, тракторах, строительно-дорожных и боевых машинах наиболее часто применяют четырёхтактные двигатели. Первым тактом такого мотора является впуск (рис. 6.1,а). Свежий заряд за счёт насосного действия поршня через открытый впускной клапан заполняет полость цилиндра. Осуществляется смешивание в цилиндре этого заряда с оставшимся некоторым количеством отработавших в предыдущем цикле газов. Также происходит охлаждение днища поршня, стенок цилиндра, головки и свечи зажигания или распылителя форсунки у дизеля.
Впускной клапан открывается с некоторым опережением, то есть до прихода поршня в ВМТ(верхняя мёртвая точка), что характеризует угол поворота коленчатого вала (ПКВ) 1н (см. рис. 6.2). Это объясняется желанием,
с одной стороны, иметь достаточно большое проходное отверстие клапана в начале такта впуска,
с другой стороны - иметь перекрытие клапанов, то есть совместное открытие впускного и выпускного (1н + 2к) для уменьшения количества остаточных газов в цилиндре и для лучшего охлаждения свечи или форсунки свежим зарядом.
Закрытие впускного клапана в современных автотракторных моторах производится значительно позже НМТ (угол 1к), что связано с желанием увеличить наполнение цилиндра за счёт сил инерции входящего воздуха.
Вторым тактом данного двигателя является сжатие. При этом оба клапана закрыты (рис. 6.1,б). По мере подхода поршня к ВМТ объём над ним существенно уменьшается, температура и давление увеличиваются. В результате создаются благоприятные условия для сгорания топлива. Когда поршень находится около ВМТ, в дизеле начинается подача топлива в цилиндр через форсунку (угол н), а в двигателе с принудительным воспламенением между электродами свечи зажигания проскакивает искра. Затем топливовоздушная смесь воспламеняется и образуется большое количество газов с высокой температурой и давлением.
На третьем такте - расширении (рис. 6.1,в), или рабочем ходе, газы заставляют перемещаться поршень, увеличивая объём над ним.
Заключительный такт - выпуск (рис. 6.1,г). Поршень принудительно выталкивает из цилиндра отработавшие газы через открытый выпускной клапан, который начинает открываться до прихода поршня в НМТ (угол 2н), а закрывается уже на такте впуска следующего цикла (угол 2к). В период от начала открытия выпускного клапана до НМТ из цилиндра выходит более половины массы газов за счёт их избыточного давления.
Связь угла поворота коленчатого вала (положения поршня) с периодами открытого и закрытого состояния клапанов, а также подачей топлива в цилиндр или моментом зажигания иллюстрирует круговая диаграмма, которую называют “Фазами газораспределения ДВС” (рис. 6.2). В зависимости от типа и назначения двигатель имеет свои фазы газораспределения.
На малогабаритной технике, например, мотоциклах, часто используют двухтактные двигатели, где ГРМ (газораспределительный механизм) не клапанный, а золотниковый. Роль золотника, как правило, выполняет сам поршень КШМ (кривошипно-шатунный механизм) (рис. 6.3). Часто у таких двигателей фазы газораспределения симметричны, то есть 1н = 1к, 2н = 2к.
Первым тактом двухтактного мотора является расширение (см. рис. 6.3,а). На этом такте давление горючих газов заставляет двигаться поршень. Когда верхняя кромка поршня откроет выпускное отверстие (правое на рис. 6.3,а), начинается процесс выпуска, и газы вытекают из цилиндра. При дальнейшем движении поршня к НМТ открываются впускное отверстие (левое на рис. 6.3,а), и под действием компрессора свежий заряд начинает заходить в цилиндр.
Вторым тактом рабочего цикла двухтактного двигателя является сжатие (рис. 6.3,б). Поршень движется от НМТ к ВМТ. В начале этого такта продолжаются процессы выпуска и впуска, так как открыты соответствующие окна в цилиндре. Процесс, при котором одновременно открыты впускные и выпускные окна двухтактного двигателя, называется продувкой. При дальнейшем движении поршня к ВМТ закрываются указанные окна и начинается процесс сжатия, в конце которого осуществляется воспламенение топливовоздушной смеси.
Диаграмма фаз газораспределения двухтактного ДВС показана на рис. 6.4.
Рис. 3.4. Фазы газораспределения двухтактного двигателя