Двигатель внутреннего сгорания — это тепловая машина, в которой химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию и в механическую работу непосредственно в рабочем цилиндре. Преобразование тепловой энергии в механическую происходит путем расширения продуктов сгорания. Рассмотрим принцип работы ДВС на примере карбюраторного двигателя.
Рабочий цикл изображенного на рисунке двигателя осуществляется за 2 оборота коленчатого вала или за 4 полных хода поршня (4 такта). Поэтому двигатель — 4-х тактный.
Последовательность тактов
- Впуск (линия ОА) — поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). Впускной клапан открыт, выпускной клапан — закрыт. В цилиндр поступает горючая смесь (воздух и пары бензина), получаемая в смесителе-карбюраторе, расположенном на всасывающем патрубке двигателя.
- Сжатие (линия АС) — поршень движется от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты.
- Рабочий ход (линия ZB) — в конце хода сжатия у ВМТ горючая смесь воспламеняется с помощью электрической свечи, происходит процесс быстрого горения при постоянном объеме (линия CZ) и затем — расширение газов (ZB) с совершением поршнем полезной работы при его перемещении от ВМТ к НМТ. Оба клапана закрыты.
- Выпуск (линия ВАО) — в конце рабочего хода у НМТ открывается выпускной клапан, продукты сгорания выходят с большой скоростью в атмосферу, давление в цилиндре резко падает (линия ВА). Оставшиеся в цилиндре продукты сгорания выталкиваются при движении поршня от НМТ к ВМТ через открытый выпускной клапан. У ВМТ выпускной клапан закрывается, открывается впускной клапан. Цикл повторяется сначала.
В 4-х тактном дизеле последовательность тактов — та же. Однако в период впуска в цилиндр поступает не горючая смесь, а свежий заряд воздуха. Топливо подается в цилиндр в мелкораспыленном виде в конце такта сжатия (у ВМТ) и самовоспламеняется из-за высокой температуры сжатого свежего заряда воздуха. Часть топлива продолжает поступать и в начальный период рабочего хода. Подача топлива осуществляется топливным насосом высокого давления через распылитель форсунки.
Как видно из диаграммы, сгорание подаваемого в цилиндр топлива частично осуществляется при постоянном объеме (линия czi), частично при постоянном давлении (линия ziz), когда поршень уже начинает рабочий ход. В остальном цикл аналогичен циклу карбюраторного двигателя.
Рекомендуется к прочтению: Режимы обкатки судовых ДВС
В 2-тактном двигателе рабочий цикл осуществляется за 1 оборот коленчатого вала (2 хода поршня). Рассмотрим принцип его действия на примере 2-тактного крейцкопфного дизеля с контурной продувкой цилиндра.
В нижней части втулки цилиндра имеются продувочные А и выпускные В окна. Примем, что выпускные окна несколько выше продувочных. Открытием и закрытием окон управляет поршень рабочего цилиндра. В конце рабочего хода поршень своей верхней кромкой открывает выпускные окна В, давление в цилиндре в этот момент выше атмосферного. Поэтому под действием разности давления продукты сгорания выбрасываются из цилиндра в атмосферу (линия bа на теоретической диаграмме работы 2-тактного дизеля). Эта фаза рабочего цикла называется “свободным выпуском“.
Продувочные окна А открываются при дальнейшем нисходящем ходе поршня к НМТ. В этот момент давление в цилиндре станет примерно равным давлению в продувочном ресивере. Предварительно сжатый воздух из продувочного ресивера через окна А поступает в цилиндр и выталкивает из него оставшиеся продукты сгорания через окна В. Эта фаза очистки называется “принужденным выпуском”.
Одновременно с выталкиванием продуктов сгорания свежий воздух заполняет объем цилиндра и частично выходит вместе с отработавшими газами в атмосферу. Эту фазу называют “продувкой” рабочего цилиндра. Принужденный выпуск и продувка протекают одновременно от момента открытия продувочных окон при движении поршня к НМТ до их полного закрытия при движении поршня от НМТ к ВМТ (линия аоа на диаграмме). После закрытия продувочных и выпускных окон в 2-тактном двигателе начинается процесс сжатия и далее — как у 4-тактного двигателя.
Читайте также: Испытания судовых ДВС
Процесс очистки цилиндра от продуктов сгорания и наполнения его свежим зарядом носит название “газообмен”. Как видно, в 2-тактном дизеле газообмен осуществляется лишь на части хода поршня, при его нахождении в районе НМТ.
