История развития ДВС

   2. Такт  сжатия. Поршень движется от  НМТ   к  ВМТ;  впускной  и  выпускной

клапаны закрыты,  вследствие  этого  перемещающийся  вверх  поршень  сжимает

поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы  температура

сжатого воздуха  была выше температуры самовоспламенения  топлива.  При  ходе

поршня  к  ВМТ  цилиндр  через  форсунку  впрыскивается  дизельное  топливо,

подаваемое топливным  насосом .

   3. Такт  расширения, или рабочий ход . Впрыснутое  в  конце  такта  сжатия

топливо, перемешиваясь  с нагретым  воздухом,  воспламеняется,  и  начинается

процесс  сгорания,  характеризующийся  быстрым  повышением   температуры   и

давления. При  этом максимальное

   давление  газов достигает 6 - 9 МПа, а температура  1800  -  2000  С.  Под

действием давления газов поршень 2 перемещается от  ВМТ  в  НМТ  -происходит

рабочий ход. Около  НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5  МПа,  а  температура

до 700 - 900 С.

   4. Такт  выпуска . Поршень перемещается  от НМТ  в  ВМТ  и   через  открытый

выпускной клапан 6 отработавшие газы  выталкиваются  из  цилиндра.  Давление

газов снижается  до 0.11 - 0.12  МПа,  а  температура  до  500-700  С.  После

окончания такта  выпуска при дальнейшем  вращении  коленчатого  вала  рабочий

цикл повторяется в той же  последовательности.  Для  обобщения  на  показаны

схемы рабочего цикла карбюраторных двигателей и дизелей. 
 

3.6. Принцип действия  двухтактного двигателя 
 

    Двухтактные  двигатели  отличаются  от  четырехтактных  тем,  что  у   них

наполнение цилиндров горючей смесью или  воздухом  осуществляется  в  начале

хода сжатия,  а  очистка  цилиндров  от  отработавших  газов  в  конце  хода

расширения, т.е. процессы выпуска и впуска  происходят  без  самостоятельных

ходов поршня. Общий  процесс для всех типов двухтактных

   двигателей -  продувка,  т.е.  процесс   удаления  отработавших  газов   из

цилиндра с  помощью потока  горючей  смеси  или  воздуха.  Поэтому  двигатель

данного  вида  имеет  компрессор  (продувочный  насос).  Рассмотрим   работу

двухтактного карбюраторного двигателя  с  кривошипно-камерной  продувкой.  У

этого типа  двигателей  отсутствуют  клапаны,  их  роль  выполняет  поршень,

который при  своем перемещении закрывает  впускные,  выпускные  и  продувочные

окна. Через эти  окна цилиндр в определенны моменты сообщается с  впускным  и

выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер),  которая  не  имеет

непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр  в средней части имеет  три

окна: впускное, выпускное  6  и  продувочное,  которое  сообщается  клапаном

скривошипной  камерой двигателя.

    Рабочий  цикл в двигателе осуществляется  за два такта:

   1. Такт  сжатия . Поршень перемещается от  НМТ к  ВМТ,  перекрывая  сначала

продувочное, а  затем выпускное 6 окно.  После  закрытия  поршнем  выпускного

окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей  в  него  горючей  смеси.

Одновременно  в кривошипной  камере  вследствие  ее  герметичности  создается

разряжение, под  действием которого из карбюратора  через  открытое  впускное

окно поступает  горючая смесь в кривошипную камеру.

   2. Такт  рабочего хода. При положении   поршня  около  ВМТ  сжатая  рабочая

смесь воспламеняется  электрической  искрой  от  свечи,  в  результате  чего

температура и  давление  газов  резко  возрастают.  Под  действием  теплового

расширения газов  поршень перемещается к НМТ,  при  этом  расширяющиеся  газы

совершают  полезную  работу.  Одновременно  опускающийся  поршень  закрывает

впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной  камере горючую смесь.

    Когда  поршень дойдет до выпускного окна, оно  открывается  и  начинается

выпуск отработавших газов в атмосферу ,давление в  цилиндре  понижается.  При

дальнейшем  перемещении  поршень  открывает  продувочное  окно  и  сжатая  в

кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу,  заполняя  цилиндр  и

осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

    Рабочий  цикл двухтактного дизельного  двигателя  отличается  от  рабочего

цикла двухтактного карбюраторного двигателя тем,  что  у  дизеля  в  цилиндр

поступает  воздух,  а  не  горючая  смесь,  и  в   конце   процесса   сжатия

впрыскивается мелкораспыленное топливо.

    Мощность  двухтактного  двигателя  при   одинаковых  размерах  цилиндра  и

частоте вращения вала теоретически в  два  раза  больше  четырехтактного  за

счет большего числа  рабочих  циклов.  Однако  неполное  использование  хода

поршня для  расширения, худшее освобождение цилиндра от  остаточных  газов  и

затраты части  вырабатываемой мощности  на  привод  продувочного  компрессора

приводят практически  к увеличению мощности только на 60...70%. 

3.7. Рабочий цикл  четырехтактных карбюраторных и  дизельных двигателей 
 

    Рабочий  цикл четырехтактного двигателя  состоит из пяти процессов:  впуск,

сжатие, сгорание, расширение и выпуск, которые совершаются  за  четыре  такта

или за два оборота  коленчатого вала.

    Графическое  представление  о  давлении  газов  при  изменении   объема  в

цилиндре двигателя  в процессе осуществления каждого  из четырех  циклов  дает

индикаторная  диаграмма.  Она  может  быть  построена  по  данным  теплового

расчета или  снята при работе двигателя  с  помощью  специального  прибора  -

индикатора.

    Процесс  впуска. Впуск горючей  смеси   осуществляется  после  выпуска   из

цилиндров  отработавших  газов  от  предыдущего   цикла.   Впускной   клапан

открывается с  некоторым опережением  до  ВМТ  ,  чтобы  получить  к  моменту

прихода поршня к ВМТ большее проходное  сечение  у  клапана.  Впуск  горючей

смеси осуществляется за два периода. В первый  период  смесь  поступает  при

перемещении поршня от  ВМТ  к  НМТ  вследствие  разряжения,  создающегося  в

цилиндре. Во второй период впуск смеси происходит при  перемещении поршня  от

НМТ к ВМТ  в течение некоторого времени, соответствующего 40  -  70  поворота

коленчатого вала за счет разности давлений, и  скоростного  напора  смеси  .

Впуск  горючей  смеси  заканчивается  закрытием  впускного   клапана.Горючая

смесь,  поступившая  в  цилиндр,  смешивается  с   остаточными   газами   от

предыдущего цикла  и образует горючую смесь.  Давление  смеси  в  цилиндре  в

течение процесса впуска составляет 70 - 90 кПа и зависит  от  гидравлических

потерь во впускной системе двигателя. Температура  смеси  в  конце  процесса

впуска повышается до 340 - 350 К вследствие соприкосновения  ее  с  нагретыми

деталями двигателя и смешивания с

   остаточными  газами, имеющими температуру 900 - 1000 К.

    Процесс  сжатия. Сжатие рабочей смеси,  находящейся в цилиндре  двигателя,

происходит при  закрытых  клапанах  и  перемещении  поршня.  Процесс  сжатия

протекает  при  наличии  теплообмена между рабочей   смесью   и   стенками

(цилиндра, головки  и днища поршня).  В  начале  сжатия  температура  рабочей

смеси ниже температуры  стенок, поэтому теплота передается смеси  от  стенок.

По мере дальнейшего  сжатия температура смеси повышается  и  становится  выше

температуры стенок, поэтому  теплота  от  смеси  передается  стенкам.  Таким

образом процесс  сжатия  осуществляется  по  политропе,  средний  показатель

которой n=1.33...1.38. Процесс сжатия заканчивается в  момент  воспламенения

рабочей смеси. Давление рабочей смеси  в  цилиндре  в  конце  сжатия  0.8  -

1.5МПа, а температура  600 - 750 К.

    Процесс  сгорания.  Сгорание  рабочей   смеси  начинается  раньше  прихода

поршня к ВМТ,  т.е.  когда  сжатая  смесь  воспламеняется  от  электрической

искры.  После  воспламенения  фронт   пламени   горящей   свечи   от   свечи

распространяется  по всему объему камеры сгорания со скоростью 40 -  50  м/с.

Несмотря на такую высокую  скорость  сгорания,  смесь  успевает  сгореть  за

время, пока коленчатый вал повернется на  30  -  35  .При сгорании  рабочей

смеси выделяется большое количество теплоты на участке,  соответствующим  10

- 15 до ВМТ  и 15 - 20 после НМТ,  вследствие  чего  давление  и  температура

образующихся  в цилиндре газов быстро возрастают. В конце сгорания  давление

газов достигает 3 - 5 МПа, а температура 2500 - 2800 К.

    Процесс  расширения. Тепловое расширение  газов,  находящихся  в  цилиндре

двигателя, происходит после  окончания  процесса  сгорания  при  перемещении

поршня  к  НМТ.  Газы,  расширяясь,  совершают  полезную   работу.   Процесс

теплового расширения протекает при интенсивном теплообмене  между  газами  и

стенками (цилиндра, головки и днища поршня). В начале расширения  происходит

догорание  рабочей  смеси,  вследствие  чего  образующиеся   газы   получают

теплоту. Газы в  течение всего процесса теплового  расширения  отдают  теплоту

стенкам.   Температура   газов   в    процессе    расширения    уменьшается,

следовательно, изменяется  перепад  температуры  между  газами  и стенками.

Процесс теплового  расширения, заканчивающийся в момент  открытия  выпускного

клапана,.  Процесс  теплового  расширения  происходит  по  политре,  средний

показатель  которой  n2=1.23...1.31.  Давление  газов  в  цилиндре  в  конце

расширения 0.35 -0.5 МПа, а температура 1200 - 1500 К.

    Процесс  выпуска.  Выпуск  отработавших  газов  начинается  при  открытии

выпускного клапана, т.е. за 40 - 60 до прихода поршня в  НМТ.  Выпуск  газов

из цилиндра осуществляется за два периода.  В  первый  период  выпуск  газов

происходит при  перемещении поршня до НМТ за счет того, что давление газов  в

цилиндре значительно  выше атмосферного. В этот период из цилиндра  удаляется

около 60% отработавших газов со скоростью 500 - 600 м/с.  Во  второй  период

выпуск  газов  происходит  при  перемещении  поршня  от  НМТ   до   закрытие

выпускного  клапана  за  счет  выталкивающего  действия  поршня  и   инерции