Робочі цикли автомобільних ДВЗ

Сукупність послідовних процесів, що періодично повторюються в кожному циліндрі двигуна і забезпечують його безперервну роботу, називають робочим циклом двигуна. Процес (або процеси), що відбуваються в кожному циліндрі двигуна за один хід поршня і при повороті кривошипа на 180°, називають тактом.

Якщо повний робочий цикл у кожному циліндрі відбувається за чотири ходи поршня (за два оберти кривошипа), то такий двигун називають чотиритактним. Двигун, в циліндрі якого повний робочий цикл відбувається за два ходи поршня (один оберт кривошипа), називають двотактним. Двигуни цього типу порівняно рідко встановлюють на АТЗ.

Сучасні автомобілі переважно обладнують чотиритактними двигунами. Тому в подальшому будемо розглядати робочий процес та основи конструкції насамперед чотиритактних автомобільних ДВЗ.

Основним параметром, який характеризує фізичні процеси в циліндрах двигуна, є тиск газів Р. Протягом чотирьох тактів робочого циклу цей тиск постійно змінюється. Графічну залежність між тиском газів Р і об'ємом циліндра V над поршнем називають індикаторною діаграмою робочого циклу двигуна.

Окремі фізичні процеси робочого циклу, що відбуваються в кожному циліндрі чотиритактного двигуна, проілюстровані на рис. 4.2.

Перший такт ВПУСК відбувається під час руху поршня від ВМТ до НМТ, при повороті кривошипа на 180° (рис. 2.2, а). Перед початком такту, коли поршень перебуває в положенні, близькому до ВМТ, в камері згоряння є залишки продуктів згоряння від попереднього процесу (такту випуску).

Обидва клапани рухаються: впускний починає відкриватись, а випускний ще не закрився. На індикаторній діаграмі цьому положенню поршня відповідає точка г. При подальшому русі кривошипа поршень досягає ВМТ, а механізм газорозподілу повністю відкриває впускний і повністю закриває випускний клапани. Після проходження поршнем ВМТ тиск в надпоршневому просторі зменшується, порівняно з атмосферним, і під дією розрядження пальна суміш (в двигунах із зовнішнім сумішоутворенням) чи повітря (в дизелях) надходить до циліндра. Змішуючись із залишками відпрацьованих газів, займиста суміш (повітря) утворює в циліндрі робочу суміш (її ще називають свіжим зарядом).

У двигунів із зовнішнім сумішоутворенням середній тиск впуску становить 70-95 кН/м², у дизелів він трохи вищий. Стикаючись із нагрітими деталями двигуна, робоча суміш нагрівається і температура у циліндрі в кінці такту впуск становить 70-110°С. На індикаторній діаграмі такту впуск відповідає лінія га.

Другий такт СТИСКАННЯ відбувається під час руху поршня від НМТ до ВМТ (рис. 2.2, б), при повороті кривошипа від 180° до 360°. На початку такту стискання після того, як поршень вже пройшов НМТ, впускний клапан деякий час залишається відкритим (запізнення закриття впускного клапана може складати 30-70° повороту колінчастого вала після НМТ). Це дає змогу додатково подати в циліндр пальну (займисту) суміш (повітря) завдяки використанню інерції її потоку у впускному трубопроводі.

Після повного закриття впускного клапана завдяки зменшенню об'єму над поршнем відбувається стискання робочої суміші. При цьому тиск і температура в циліндрі підвищуються. Досягнувши значення атмосферного (точка т на індикаторній діаграмі), тиск продовжує збільшуватися і досягає наприкінці такту стискання 1200-1700 кН/м² - у двигунів із зовнішнім сумішоутворенням і 3000-4000 кН/м²-у дизелів.

Температура в кінці такту стискання в циліндрах зазначених двигунів підвищується відповідно до 300-450° С і до 500-650° С.

Наприкінці такту стискання, у момент, коли поршень ще не дійшов до ВМТ, відбувається запалювання робочої суміші від електричної іскри (двигуни із зовнішнім сумішоутворенням) або початок впорскування і одночасно самозаймання дизельного палива (дизелі).

Випередження запалювання пальної (займистої) суміші або ранній початок впорскування палива необхідні, оскільки для згоряння робочої суміші потрібен деякий час, а для найкращого використання теплової енергії необхідно, щоб згоряння повністю закінчилося у момент, коли поршень проходить ВМТ. Тоді на початку наступного такту тиск на поршень буде максимальним (точка z на індикаторній діаграмі).

Третій такт РОБОЧИЙ ХІД або РОЗШИРЕННЯ відбувається під час руху поршня з ВМТ до НМТ, при повороті кривошипа на кут від 360° до 540°. На початку такту робоча суміш інтенсивно догоряє, що веде до значного підвищення температури і тиску в циліндрі, незважаючи на збільшення об'єму (лінія cz на індикаторній діаграмі). Максимальний тиск при цьому дорівнює 4000-5500 кН/м² - у двигунів із зовнішнім сумішоутворенням і 5500-8000 кН/м²- у дизелів, а температура досягає відповідно 2200-2500°С і 1600-1900°С.

Робота розширення газів використовується найбільш ефективно, якщо тиск газів у циліндрі досягає свого найбільшого значення при положенні поршня, що відповідає куту повороту кривошипа 10-15° після ВМТ. Подальший рух поршня у напрямку до НМТ відбувається під дією високого тиску в циліндрі. При цьому теплова енергія газів, що розширюються, перетворюється на корисну роботу.

Отже, тільки під час одного з чотирьох тактів - при робочому ході двигун виробляє корисну роботу. Всі інші такти -допоміжні.

Четвертий такт ВИПУСК відбувається під час руху поршня від НМТ до ВМТ (рис. 4.2, г), при повороті кривошипа на кут від 540° до 720°.

Випускний клапан починає відкриватися вже наприкінці попереднього такту, (точка b на індикаторній діаграмі) коли поршень ще не дійшов до НМТ, а кривошип перебуває за 40-60° до свого крайнього нижнього положення. При відкритті випускного клапана тиск у циліндрі ще досить високий, і відпрацьовані гази довільно починають виходити через випускний клапан ще до того, як їх почне виштовхувати поршень після проходження НМТ. Рухаючись до ВМТ, поршень повністю звільняє циліндр від газів, що відпрацювали, виштовхуючи їх крізь випускний клапан у випускну трубу. На індикаторній діаграмі четвертому такту відповідає лінія bn.

Закривається випускний клапан також із запізненням - після того, як поршень пройшов ВМТ. Під час такого пізнього закриття випускного клапана відпрацьовані гази продовжують виходити з циліндра за інерцією. У такий спосіб наприкінці четвертого такту і початку першого такту наступного циклу обидва клапани протягом деякого часу залишаються відкритими одночасно. Таке положення називають перекриттям клапанів.

Отже, раннє відкриття і запізніле закриття випускного клапана, а також перекриття клапанів, допомагає значно поліпшити очищення циліндра від продуктів згоряння.

Четвертим тактом закінчується робочий цикл двигуна. При подальшому русі поршня усі процеси циклу повторюються в тій самій послідовності.

Контрольні питання

1. По яким ознакам класифікують автомобільні двигуни?

2. Що називається робочим циклом, як він здійснюється в чотирьохтактному карбюраторному двигуні?

3. Як здійснюється робочий цикл чотирьохтактному дизельному двигуні?

4. Що називається ступінь стиску, робочим об’ємом циліндра а робочим об’ємом двигуна?

---

Дата добавления: 2015-07-15