3.3. Принцип действия четырехтактных двс

На рис. 23 показана схема рабочих процессов четырехтактного двигателя – реальный цикл, по которому работают двигатели подобного типа.

Возьмем за исходное положение поршня в ВМТ и считаем, что в точке r открылся впускной клапан (до этой точки цилиндр очистился от продуктов сгорания, в нем почти ничего нет, поэтому давление маленькое).

Рис. 23. Схема рабочих процессов четырехтактного двигателя

Поршень совершает движение от ВМТ к НМТ и так как впускной клапан открыт, воздух подается в цилиндр компрессором (если двигатель с наддувом)при р = 0,13÷0,39 МПа и t = 40÷130°С – совершается процесс всасывания r–a. После НМТ поршень, двигаясь в ВМТ, совершает сжатие воздуха а–с, в конце которого параметры рабочего тела составляют р = 4,5÷8 МПа и t = 530÷730°С.

Перед подходом поршня к ВМТ через форсунку в цилиндр впрыскивается порция распыленного топлива. Механизм самовоспламенения топлива и его горения (процесс с–z) заключается в следующем. Мельчайшие капельки топлива обладают большой межфазовой поверхностью (чем на большее количество капелек разбивается порция топлива, тем больше суммарная поверхность этих капель), с которой при высокой температуре начинается испарение легких фракций топлива. Получается, что каждая капелька оказывается окруженной облаком паров бензина, которые легко воспламеняются (процесс после точки с). Осуществляется относительно «быстрое» горение топлива, после чего продолжается относительно «медленное» догорание оставшейся части капель топлива (процесс уходит вправо от вертикали). Естественно, все описанные составляющие процесса горения длятся доли секунды. Температура и давление в процессе горения топлива доходят до р_z = 6÷14 МПа и t_z = 1450÷1730°С.

Далее осуществляется адиабатное расширение продуктов сгорания z–b, называемое рабочим ходом. Температура и давление продуктов сгорания уменьшаются до р_b ≈ 0,35÷0,8 МПа и t_b = 630÷930°С. Открывается выхлопной клапан и поршень движется из НМТ к ВМТ – осуществляется выхлоп b–r. Цикл на этом завершается.

Штриховой показан угол поворота коленчатого вала, в течении которого осуществляется каждый процесс (см. §3.4).

Таким образом, весь рабочий процесс четырехтактного двигателя совершается в течение четырех ходов поршня или двух оборотов коленчатого вала. При этом только один ход поршня является рабочим, а вращение вала и остальные ходы поршня осуществляются за счет работы остальных цилиндров (двигатели редко бывают одноцилиндровыми) и за счет запаса энергии, накопленной маховиком. Поэтому чем меньше цилиндров имеет двигатель, тем более массивным должен быть маховик.