Рабочие процессы четырехтактного карбюраторного двигателя

Рабочий процесс двигателя принято анализировать по индикаторной диаграмме, представляющей собой зависимость давления в цилиндре двигателя р от переменного объема надпоршневого пространства V.

Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя приведена на рисунке.

Рис. Схема и индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя: 1 — поплавковая камера; 2 — диффузор карбюратора; 3 — дроссельная заслонка; 4 — свеча зажигания

I такт (впуск) реализуется при повороте кривошипа от 0 до 180°, чему соответствует изменение объема надпоршневого пространства от Vc (объем камеры сгорания) при ф = 0° (ВМТ) до Vа = Vc+ Vh (полный объем цилиндра) при ф = 180° (НМТ). Объем Vh называют рабочим объемом цилиндра.

В действительном цикле понятия «такт» и «процесс» не совпадают. Для лучшей организации процессов газообмена клапаны открываются до начала соответствующего такта и закрываются по его окончании.

Перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Заполнение цилиндра свежим зарядом (линия ra на диаграмме) происходит из-за разрежения в нем, создаваемого движущимся в сторону НМТ поршнем.

Давление ра в конце тахта впуска (точка а) определяется гидравлическими потерями во впускном тракте, величина которых зависит от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя (от скорости перемещения ТВС по впускному тракту и от степени открытия дроссельной заслонки). На режиме номинальной мощности (дроссель открыт полностью, и частота вращения коленчатого вала равна номинальной) pa = (0,8…0,9)ро.

На температуру Та влияют теплообмен свежего заряда с элементами двигателя, формирующими впускную систему и камеру сгорания, и его охлаждение за счет затрат теплоты на испарение топлива, для компенсации которых в карбюраторном двигателе осуществляется специальный подогрев ТВС во впускном трубопроводе, ОГ или горячей жидкостью из системы охлаждения. Кроме того, температура свежего заряда увеличивается вследствие перемешивания его с горячими остаточными газами.

На номинальном режиме в карбюраторном двигателе превалирует подогрев свежего заряда и Та = 320…350 К.

II такт работы двигателя (сжатие) осуществляется при повороте кривошипа на угол a = 180…360° (линия ас на диаграмме). На расчетные значения параметров рабочего тела в конце сжатия (точка с) в основном влияют их начальные значения (ра, Та) и степень сжатия E, которая равна отношению объемов Va и Vc, т. е, У = Va/Vc. При значениях E, характерных для современных карбюраторных двигателей (E = 6,5…Ю), рс = 0,9…1,5 МПа и Тс = 550…750 К.

При реализации действительного цикла давление в конце такта сжатия, т. е. при положении поршня в ВМТ, р’с > рс; р’с = (1,15…1,25)рс, что является следствием повышения давления в результате начавшегося процесса сгорания (точка f — момент искрового разряда в свече зажигания). Угловой интервал от момента подачи искры до прихода поршня в ВМТ называется углом опережения зажигания.

III такт (ф = 360…540°) — такт расширения. Во время этого такта работы двигателя происходят сгорание основной доли поданного в цилиндр топлива, расширение рабочего тела и осуществляется полезная работа.

Вблизи ВМТ при повороте кривошипа на угол фz = 10…15°. давление в цилиндре достигает максимума рz = 3,5…6,5 МПа и соответственно возрастает температура рабочего тела до Тz = 2400…2800 К. Отношение A = pz/pc называют степенью повышения давления. Для современных карбюраторных двигателей A = 3,6…4,2.

По завершении такта расширения РТ имеет расчетные значения давления и температуры, соответственно рв = 0,35…0,5 МПа, Тв = 1400,.. 1700 К.

Следует заметить, что в действительном цикле процесс расширения заканчивается раньше, чем поршень приходит в НМТ, из-за раннего начала открытия выпускного клапана.

IV такт (ф = 540…720°) — такт выпуска — осуществляется под некоторым избыточным давлением рс = (1,05…1,2)ро, величина которого зависит от гидравлических потерь в выпускной системе. Отработавшие газы покидают цилиндр с Тr = 900…1000 К.

При термодинамическом расчете действительного цикла карбюраторного двигателя принимается допущение, что основная доля теплоты при сгорании топлива выделяется вблизи ВМТ, т. е. при условиях, близких к условиям подвода теплоты при постоянном объеме (V = const).