Принцип роботи ДВС. Робочі цикли двигуна

215

На автомобілях встановлюють двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ), в яких паливо згоряє всередині циліндра. В основу покладено властивість газів розширюватися при нагріванні. Розглянемо принцип роботи двигуна і його робочі цикли.

Робочий цикл чотиритактного бензинового двигуна

Робочим циклом двигуна називається періодично повторюваний ряд послідовних процесів, що протікають в кожному циліндрі двигуна і обумовлюють перетворення теплової енергії в механічну роботу. Якщо робочий цикл здійснюється за два ходи поршня, тобто за один оберт колінчастого вала, то такий двигун називається двотактним.

Автомобільні двигуни працюють, як правило, за чотирьохтактному циклу, який здійснюється за два оберти колінчастого вала або чотири ходи поршня і складається з тактів впуску, стиску, розширення (робочого ходу) і випуску.



Принцип роботи ДВС (для перегляду натисніть на кнопку ілюстрації)

Крайні положення поршня, при яких він найбільш віддалений від осі колінчастого вала або наближений до неї, називаються верхній і нижній мертвими точками (ВМТ і НМТ). Докладніше в статті “як влаштований двигун внутрішнього згоряння”.

Впуск. По мірі того, як колінчастий вал двигуна робить перший півоберт, поршень переміщується від ВМТ до НМТ, впускний клапан відкритий, а випускний клапан закритий. У циліндрі створюється розрідження, внаслідок чого свіжий заряд горючої суміші, що складається з пари бензину і повітря, що засмоктується через впускний газопровід в циліндр і, змішуючись з залишковими відпрацьованими газами, утворює робочу суміш.

Стиснення. Після заповнення циліндра горючою сумішшю при подальшому обертанні колінчастого валу (другий півоберт) поршень переміщується від НМТ до ВМТ при закритих клапанах. По мірі зменшення обсягу температура і тиск робочої суміші підвищуються.

Розширення або робочий хід. В кінці такту стиснення робоча суміш запалюється від електричної іскри і швидко згоряє, внаслідок чого температура і тиск утворюються газів різко зростає, поршень при цьому переміщується від ВМТ до НМТ. В процесі такту розширення шарнірно пов’язаний з поршнем шатун здійснює складний рух і через кривошип приводить в обертання колінчастий вал.

При розширенні гази здійснюють корисну роботу, тому хід поршня при третьому напівоберті колінчастого вала називають робочим ходом. В кінці робочого ходу поршня, при знаходженні його близько НМТ відкривається випускний клапан, тиск в циліндрі знижується до 0.3 – 0.75 МПа, а температура до 950 – 1200оС.

Випуск. При четвертому напівоберті колінчастого вала поршень переміщується від НМТ до ВМТ. При цьому випускний клапан відкритий, і продукти згоряння виштовхуються з циліндра в атмосферу через випускний газопровід.

Робочий цикл чотиритактного дизеля

На відміну від бензинового двигуна при такті “впускання” в циліндри дизеля надходить чисте повітря. Під час такту стискання” повітря нагрівається до 600оС. В кінці цього такту впорскується в циліндр певна порція палива, яке самозаймається.
Впуск. При русі поршня від ВМТ до НМТ внаслідок утворюється розрідження з повітряного фільтра в циліндр через відкритий впускний клапан надходить атмосферне повітря. Тиск повітря в циліндрі становить 0.08 – 0.095 МПа, а температура 40 – 60°С.

Стиснення. Поршень рухається від НМТ до ВМТ; впускний і випускний клапани закриті, внаслідок цього переміщається вгору поршень стискає надійшов повітря. Для запалення палива необхідно, щоб температура стисненого повітря була вище температури самозаймання палива. При ході поршня до ВМТ циліндр через форсунку впорскується дизельне паливо, що подається паливним насосом.

Розширення або робочий хід. Впрыснутое в кінці такту стиснення паливо, перемішуючись з нагрітим повітрям, що запалюється, і починається процес згоряння, що характеризується швидким підвищенням температури і тиску. При цьому максимальний тиск газів досягає 6 – 9 МПа, а температура 1800 – 2000°С. Під дією тиску газів поршень переміщується від ВМТ до НМТ – відбувається робочий хід. Близько НМТ тиск знижується до 0.3 – 0.5 МПа, а температура до 700 – 900оС.

Випуск. Поршень переміщується від НМТ до ВМТ і через відкритий випускний клапан відпрацьовані гази виштовхуються з циліндра. Тиск газів знижується до 0.11 – 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. Після закінчення такту випуску при подальшому обертанні колінчастого валу робочий цикл повторюється в тій же послідовності.

Детальніше про роботу дизеля в статті “Дизельні двигуни. Пристрій і принцип роботи”.

Принцип роботи багатоциліндрових двигунів

На автомобілях встановлюють багатоциліндрові двигуни. Щоб многоцилиндровый двигун працював рівномірно, такти розширення повинні слідувати через рівні кути повороту колінчастого валу (тобто через рівні проміжки часу).

Послідовність чергування однойменних тактів в циліндрах називають порядком роботи двигуна. Порядок роботи більшості чотирициліндрових двигунів 1-3-4-2 або 1-2-4-3. Це означає, що після робочого ходу в першому циліндрі наступний робочий хід відбувається в третьому, потім у четвертому і, нарешті, у другому циліндрі. Певна послідовність дотримується і в інших багатоциліндрових двигунах.


Діаграма роботи двигуна за схемою 1-2-4-3

Багатоциліндрові двигуни бувають рядними і V-образними. В рядних двигунах циліндри розташовані вертикально, а в V-образних — під кутом. Останні характеризуються меншою габаритної довжиною в порівнянні з першими. Сучасні восьмициліндрові двигуни виконують дворядними з V-подібним розташуванням циліндрів.