Тактность работы автомобильных двигателей

Существует две группы поршневых двигателей. В зависимости от воспламенения и смесеобразования они подразделяются на:

1. с внешним смесеобразованием и зажиганием от электрической искры (два вида карбюраторные и газовые);
2. с внутренним смесеобразованием, которые воспламеняются при соприкосновении с воздухом, нагретым в цилиндре до высоких температур при сильном сжатии (двигатели дизельные или с воспламенением при сжатии).

Рабочий цикл двигателя - цепь последовательных процессов, которые периодически повторятся в каждом его цилиндре в процессе работы. Насколько заполнен цилиндр горючей смесью во время такта, настолько же высока мощность двигателя.

Четырехтактный рабочий цикл

Коэффициент наполнения

Коэффициент наполнения равен отношению веса горючей смеси (фактически попавшей в цилиндр) к общему весу всей горючей смеси, которая должна была наполнить рабочий объем в цилиндре (при высоком атмосферном давлении и 20°С температуре окружающей среды). Уровень коэффициента наполнения, рассчитанный при полном раскрытии дросселя карбюратора, а также при среднем числе оборотов коленчатого вала может соответствовать показателям от 0,75 до 0,85. Коэффициент наполнения по мере прикрытия падает и при низких оборотах холостого хода достигает до 0,20.

При заборе смеси давление в цилиндре гораздо меньше атмосферного (около 0,7 до 0,9 кг/см2), это происходит из-за сопротивления клапанов, воздушного фильтра, впускного трубопровода и карбюратора. В конце процесса температура смеси снижается и составляет от 75 до 125°С.

Во время сжатия рабочей смеси поднимается и температура, и давление. Чем выше такт сжатия, тем больше его степень сжатия. В карбюраторных машинных двигателях давление под конец такта сжатия приблизительно от 7 до 12 кг/см2, тогда как температура газов составляет 350-400°С.

Мощность двигателя зависит и от скорости горения. Чем больше скорость горения, тем выше мощность. А скорость горения, в свою очередь, зависит от того, какого качества топливо, что и в каких соотношениях входит в его состав и степень завихрения рабочей смеси, ее степени сжатия, температуры и коэффициента остаточных газов.

Коэффициент остаточных газов

Коэффициент остаточных газов указывает на процентное содержание продуктов сгорания в рабочей смеси, которые остались в цилиндре от предшествующего цикла. Рост данного коэффициента говорит о снижении скорости горения рабочей смеси.

Под конец сгорания температура газов возрастает до 2200 - 2500°С, а давление до 30 - 40 кг/см2.

Далее, после того как газы достигнут максимального давления, произойдет расширение. В случае чего, газы воздействуют на поршень, влияя на работу цилиндра. По окончании работы давление газов цилиндра падает до 3-5 кг/см2 и происходит снижение температуры примерно до 1000—1200°С.

Чтобы хорошо очистить цилиндр, необходимо открыть выпускной клапан до н.м.т. Данный процесс проходит при высоком давлении, падающим к окончанию такта до 1,1 —1,2 кг\см2 и при снижении температуры до 700—800°С.

Минский и Кременчугский заводы автомобилей на все новые модели машин ставят четырехтактные дизельные двигатели, в большинстве случаев или ЯМЗ-236, или ЯМЭ-238.

Во время впуска происходит попадание воздуха в цилиндр. Так как сопротивление впускной системы очень низкое (из-за отсутствия карбюраторов) давление при впуске немного завышено (0,85—0,95 кг/см2), в отличие от карбюраторного двигателя, но сопровождается понижением температуры до 40—60°С.

В дизельных двигателях ЯМЗ степень сжатия примерно равна 16,5, в этой ситуации давление при конечном сжатии увеличено до 40—42 кг/см2, тогда как температура воздуха приблизительно 740—800°С.

Форсунка качает топливо за 20° до в.м.т., следовательно, наибольшая часть топлива сгорает до подхода в в.м.т. поршня. В дизельном двигателе для самообразования горючей смеси отводится раз в 20-30 меньше времени, по сравнению с карбюраторным двигателем, именно поэтому, чтобы произошло полное сгорание топлива, требуется большое количество воздуха.

При конечном сгорании топлива давление газов доходит 74—80 кг/см2, при температуре около 1700-2000°С. К концу расширения давление снижается до 3—4 кг/см2, происходит и снижение температуры до 800—900°С.

В дизельных двигателях часть топливного тепла идет на подогрев подаваемого в цилиндр воздуха, который поступает в не подогретом виде, поэтому температура при сгорании (расширении) ниже карбюраторных.

Открытие выпускного клапана происходит за 56° до н.м.т., после чего идет снижение давления газов до 1,1 —1,2 кг/см2, которое до конца выпуска остается постоянным. Достигаемая температура при выпуске равна 600—700°С, приблизительно.

Двухтактный рабочий цикл

Как известно, двухтактные дизельные двигатели, имеющие прямоточную продувку, такие как ЯАЗ-М204А и ЯАЗ-М206А устанавливаются на машины КрАЗ-219, МАЗ-200 и на их модификациях. Данный двигатель в наличии имеет нагнетатель воздуха.

Первый такт

В момент, когда поршень функционирует в н.м.т., давление находившегося в цилиндре воздуха достигает около 1,5 кг/см2, а температура 90°С. В это время продувочные отверстия вместе с выпускными клапанами являются открытыми и цилиндр начинает продуваться, а затем наполняется воздухом. Двигаясь во время работы поршня от н.м.т. к в.м.т., каемка его днища перекрывает все продувочные отверстия и затем прикрываются выпускные клапаны, после чего происходит сжатие воздуха. После окончания рабочего такта в наполненный воздухом цилиндр под давлением около 1400 кг/см2 начинает подаваться топливо. В этом случае давление составит 50 кг/см2 при температуре - 600—700°С. Горение совершается лишь при полноценном объеме. По окончании горения давление достигнет 70—100 кг/см2, температура - 1800°С.

Второй такт

Во время движения поршня от в.м.т. к н.м.т, совершается ограничение поступления газа. Затем под конец расширения, когда давление приблизительно составит примерно 5—6 кг/см2, а температура 800°С откроются выпускные клапаны, а после и продувочные отверстия. Будет совершена продувка цилиндра воздухом и затем выпущены отработанные газы.

Следовательно, в двухтактном двигателе процесс сгорания (расширения) совершается во время каждого оборота коленчатого вала, то есть раза в два чаще, в отличие от четырехтактного. Отсюда следует, что рабочий объем цилиндров двухтактного двигателя при одинаковом объеме с четырехтактным двигателем будет иметь большую мощность, соответственно, при одинаковом объеме создастся высокая равномерность хода. Весь недостаток двухтактных дизельных двигателей в том, что когда происходит понижение скорости вращения коленчатого вала, ухудшаются процессы выхода выработанных газов и захвата свежего воздуха. Следовательно, что двигатели не способны работать долгое время при очень низком количестве оборотов коленчатого вала.