Робочий цикл двотактного карбюраторного двигуна

У двотактному двигуні робочий цикл здійснюється протягом двох ходів поршня, тобто за один оборот колінчатого вала. Загальним для всіх двотактних карбюраторних двигунів є використання потоку свіжої суміші або повітря для видалення газів, що відробили, із циліндрів - так звана продувка, яку можна здійснювати різними способами.

С хема роботи двотактного карбюраторного двигуна із кривошипо-камерною продувкою показана на рис. 14. За такої схеми продувки картер двигуна повинен бути виконаний герметичним; у відповідні моменти часу картер може з’єднуватись з порожниною циліндра.

В циліндрі двигуна є вікна. Вікно 1 з'єднується з карбюратором і служить для впуску в картер горючої суміші. Через вікно 2, з'єднане з випускним трубопроводом, випускаються гази, що відробили. Порожнини картера й циліндра з'єднані каналом 3.

На мал. 14 показане положення, коли поршень переміщається нагору, закриваючи вікна, і починає стискати в циліндрі робочу суміш; у цей час під поршнем, у картері, утвориться розрідження. При подальшому русі поршня нагору відкривається вікно 1 і під впливом атмосферного тиску з карбюратора в картер надходить горюча суміш.

Мал. 14. Цикл Дизеля. При положенні поршня, близькому до ВМТ, стисла в циліндрі робоча суміш запалюється від електричної іскри й поршень під дією тиску газів переміщається вниз. При ході поршня вниз вікно 1 закривається, і слідом відбувається попередній стиск суміші, що надійшла в картер. Наприкінці свого ходу вниз поршень починає відкривати випускне вікно 2, через яке гази, що відробили, спрямовуються через випускний трубопровід і глушитель в атмосферу, а потім починає відкриватися канал 3 (пропускний, продувний), через який попередньо стисла горюча суміш спрямовується з картера в циліндр. Потік свіжої горючої суміші, заповнюючи циліндр, сприяє очищенню циліндра від газів, що відробили.

Т аким чином, у двотактному двигуні протягом одного такту, тобто при ході поршня від НМТ до ВМТ, над поршнем відбувається стиск робочої суміші, під поршнем - впуск горючої суміші в картер двигуна. Протягом іншого такту, тобто при ході поршня від ВМТ до НМТ, над поршнем відбувається згоряння робочої суміші, робочий хід і продувка, під поршнем - попередній стиск горючої суміші.

Індикаторна діаграма двотактного карбюраторного двигуна показаний на рис. 3. Ділянка кривій az показує збільшення тиску в циліндрі при ході поршня від НМТ до ВМТ. Запалення робочої суміші відбувається в точці r; відрізок rz відповідає періоду швидкого наростання тиску під час згоряння суміші; ділянка zb відповідає зменшенню тиску внаслідок

Мал. 15. Цикл Отто.

збільшення об'єму циліндра при ході поршня від ВМТ до НМТ, ділянка bа показує подальше зменшення тиску при відкритті випускних вікон і продувці.

У порівнянні із чотиритактним двигуном, двотактний має наступні переваги: робочий хід відбувається за кожен оборот колінчатого вала, внаслідок чого двотактний двигун, що має такі ж основні розміри й таке ж число обертів вала у хвилину, як і чотиритактний, теоретично повинен розвивати удвоє більшу потужність; робота протікає рівномірно внаслідок більше частого чергування робочих ходів.

Істотним недоліком двотактного карбюраторного двигуна є неповне видалення газів, що відробили, із циліндра і часткове віднесення горючої суміші разом з газами, що відробили, під час продувки; тому потужність двотактного двигуна в порівнянні із чотиритактним (того ж об'єму й при тім же числі оборотів вала) збільшується не в 2 рази, а приблизно в 1,5-1,6 рази; відповідно до чого двотактний двигун менш економічний, ніж чотиритактний. Двотактні карбюраторні двигуни на автомобілях майже не застосовуються, а широко поширені на мотоциклах, завдяки дешевині й простоті конструкції.

Робочий цикл чотиритактного дизельного двигуна

Процес роботи дизельного двигуна від процесу роботи карбюраторного двигуна відрізняється способом сумішоутворення і запалення суміші. У карбюраторному двигуні в циліндри засмоктується горюча суміш, що після стиску запалюється від електричної іскри. У дизелі в циліндри засмоктується чисте повітря, що потім стискується, після чого в циліндр впорскується паливо, яке запалюється під впливом високої температури стисненого повітря.

Розглянемо процеси, що відбуваються в дизелі, що працює по чотиритактному циклі (мал. 15).

Перший такт - впуск. Поршень рухається від ВМТ до НМТ Через відкритий впускний клапан у циліндр надходить повітря. Тиск у циліндрі протягом цього такту трохи нижчий за атмосферний (лінія rа) - 0,08...0,09 МПа.

Другий такт - стиск. Поршень рухається від НМТ до ВМТ; обидва клапани закриті, повітря в циліндрі стискується (ділянка кривій acz). Для запалення палива необхідно, щоб температура стисненого повітря була вище температури запалення палива. Високий тиск і висока температура повітря наприкінці такту стиску досягаються в дизелях у результаті застосування високих ступенів стиску, що коливаються в межах 14-21.

Тиск наприкінці стиску в дизелі становить у середньому 4,0...4,5 МПа, а в деяких дизелях у випадку застосування наддування може досягти 7,0 МПа, температура стисненого повітря буває звичайно не нижча за 500°С.

Поблизу ВМТ у циліндр за допомогою спеціального насоса 1, через форсунку впорскується паливо. Тиск, під дією якого відбувається упорскування палива, значно перевищує тиск повітря в камері згоряння, це необхідно для тонкого розпилення й рівномірного розподілу крапель палива в камері згоряння. Тиск упорскування в деяких дизелів доходить до 13...18 МПа. Паливо в дрібно розпиленому виді в камері згоряння стикається з повітрям, що має високу температуру, і запалюється (лінія cz₁). У процесі згоряння тиск у циліндрі досягає 6...20 МПа.

Третій такт - згоряння і розширення. Поршень рухається від ВМТ до НМТ обидва клапани закриті (лінія z₁zb). На початку такту розширена тиском газів становить 6...8 МПа, що знижується при підході поршня до НМТ до 0,2...0,4 МПа.

Четвертий такт - випуск. Поршень рухається від НМТ до ВМТ і через відкритий випускний клапан виштовхує із циліндра гази, що відробили (лінія br). Наприкінці такту випуску тиск газів 0,11...0,12 МПа.

Робочий цикл двотактного дизельного двигуна

Робочий цикл у двигуні цього типу протікає в наступному порядку (мал. 16). Перший такт - поршень рухається від НМТ до ВМТ При ході поршня нагору закривається вікно 2 і продувний канал 1, причому над поршнем стискується свіже повітря, що надійшло в циліндр, а під поршнем відбувається впуск свіжого повітря в кривошипну камеру через автоматичний клапан 3 (або впускне вікно).

Другий такт - поршень переміщається від ВМТ до НМТ (вниз). Поблизу ВМТ у циліндр впорскується через форсунку під високим тиском паливо, що розпорошується в циліндрі і запалюється внаслідок високої температури стисненого повітря.

Під впливом розширення продуктів згоряння поршень рухається вниз - відбувається робочий хід. Під поршнем у цей час стискується повітря, що надійшло в кривошипну камеру (картер). При подальшому ході поршня спочатку відкривається випускне вікно 2, через яке починають виходити гази, що відробили, а потім відкривається і продувний канал 1, через який з картера в циліндр спрямовується свіже повітря. При цьому відбувається продувка циліндра, тобто видалення газів, що відробили, і доповнення його свіжим повітрям.

М ал. 16. Цикл Трінклера.

Продувка триває до закриття вікон при подальшому ході поршня до ВМТ. У точці з відбувається запалення палива, у результаті чого тиск різко зростає. Точка b відповідає початку відкриття випускного вікна. Таким чином, протягом першого такту відбувається стиск свіжого повітря над поршнем, а під поршнем впуск свіжого повітря; протягом другого такту: згоряння, робочий хід і продувка над поршнем, а під поршнем - попередній стиск повітря.

Двотактний процес дизеля більше досконалий, чим двотактний процес карбюраторного двигуна, тому що продувка в дизелі виконується не робочою сумішшю, а повітрям, отже витрат палива під час продувки немає.

Дизелі мають наступні переваги перед карбюраторними двигунами: внаслідок високого ступеня стиску витрата палива в середньому на 30%менша, ніж у карбюраторних ДВЗ; горюча суміш у дизелі виготовляється шляхом механічного розпилення палива в повітряному середовищі, що забезпечує однорідність суміші. Тому в дизелях можна використовувати більше важкі сорти палива, які не застосовують у карбюраторних двигунах.

Для поршневих двигунів внутрішнього згоряння використовують три теоретичних цикли, які відрізняються способами підведення теплоти до робочого тіла:

1) цикл з підведенням теплоти при постійному об'ємі. Цей спосіб підведення теплоти близький до протікання процесу згоряння у двигунах із примусовим запаленням суміші електричною іскрою (цикл Отто).

2) цикл із підведенням теплоти при постійному тиску, що відбувається у двигунах з розпиленням палива стисненим повітрям (цикл Дизеля).

3) цикл із підведенням теплоти як при постійному об'ємі, так і при постійному тиску (змішаний цикл Трінклера). Цей спосіб підведення теплоти близький до протікання процесу згоряння у двигунах з без компресорним розпиленням палива й запаленням від стиску.

Відвід теплоти в холодне джерело відповідно до другого закону термодинаміки у всіх циклах відбувається при постійному об'ємі.

Всі три теоретичні цикли ДВЗ зображені у вигляді графіка на мал. 14 - 16 і складаються з наступних процесів. При стиску робочого тіла в циліндрі тиск змінюється по лінії ас без теплообміну із зовнішнім середовищем, тобто адіабатично. Потім на ділянці cz ззовні підводять теплоту при постійному об'ємі, тобто по изохорі (мал. 14), або при постійному тиску, тобто по ізобарі (мал. 15), або спочатку при постійному об'ємі по лінії cz_i, тобто при V =const, потім по лінії при Р = const (мал. 16), після цього по лінії zb відбувається адіабатне розширення газу, а по лінії ba - відвід теплоти в холодне джерело по изохорі. Отже, робоче тіло, перетерпівши ряд змін, вертається до вихідного стану, в результаті чого цикл замикається. Цикл можна повторювати необмежене число раз. Корисна механічна робота циклу пропорційна площі фігури aczb, обмеженій кривими окремих процесів циклу, і еквівалентна різниці між підведеною теплотою Q₁, і відведеною в холодне джерело теплотою Q₂.