Под принципом работы понимают вид процесса, в ходе которого в двигателе происходит преобразование энергии, содержащейся в топливе, в механическую работу.
По принципу работы различают двухтактный и четырехтактный двигатели, которые работают, соответственно, по двухтактному или четырехтактному циклу. Это относится как к бензиновым двигателям с воспламенением смеси от электроразряда, так и к дизельным двигателям с воспламенением смеси от сжатия в цилиндре. Практически все двигатели на сегодняшний день работают по принципу простого действия, когда только одна сторона поршня соприкасается с горючей смесью.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя
Рабочий цикл четырехтактного двигателя делится на четыре такта, которые происходят за два полных оборота коленчатого вала. Различают следующие четыре такта:
Первый такт — впуск
Поршень движется при открытом впускном и закрытом выпускном клапанах из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ). Возникающее при этом в цилиндре разрежение втягивает в цилиндр порцию топливовоздушной смеси. Величина давления при этом составляет несколько десятых бара.
Второй такт — сжатие
При закрытых клапанах поршень движется из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку и сжимает заряд топливовоздушной смеси. Давление и температура в цилиндре растут. Их максимальные значения составляют:
- для дизельного двигателя — давление 30-50 бар, температура 550-700°C;
- для бензинового двигателя — давление 10-16 бар, температура 350-450°C.
[Источник статьи веб-сайт: Peugeotbook.ru]
Третий такт — рабочий ход
Клапаны закрыты. Сгорание топливовоздушной смеси начинается в верхней мертвой точке поршня. В результате в цилиндре повышаются температура и давление, максимальные значения которых составляют:
- для дизельного двигателя — давление 60-100 бар, температура около 2000°C;
- для бензинового двигателя — давление 40-70 бар, температура около 2500°C.
В двигателе с наддувом давление в цилиндре гораздо выше. Газы, являющиеся продуктом сгорания топливовоздушной смеси, начинают расширяться, воздействуя на поршень и перемещая его к нижней мертвой точке. Именно в течение этого такта газы совершают полезную работу, почему такт и называется «рабочий ход». В течение следующих трех тактов, наоборот, поршень воздействует на газы в цилиндре.
Четвертый такт — выпуск
При открытом выпускном и закрытом впускном клапанах поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы, лишенные своей энергии. При этом в цилиндре присутствует незначительный вакуум.
На рис. 3.1 представлены четыре такта и соответствующая диаграмма работы двигателя в координатах p,V.
Рис. 3.1 . Рабочий цикл четырехтактного двигателя
Рабочий цикл двухтактного двигателя
Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит всего из двух тактов, происходящих за один полный оборот коленчатого вала.
В двухтактном двигателе внутреннего сгорания нижняя часть поршня работает в качестве нагнетателя воздуха. В конструкции современных двигателей (не только двух-, но и четырехтактных) для обеспечения оптимальной подачи воздуха в цилиндры используются дополнительные нагнетатели воздуха (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Схема действия роторного нагнетателя
Рабочий цикл двухтактного двигателя происходитт следующим образом:
Первый такт — продувка и сжатие
Поршень двигается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Пока поршень не перекроет перепускные окна, свежий заряд топливовоздушной смеси либо воздуха (в случае системы впрыска топлива) выталкивает использованный заряд из цилиндра наружу. При этом свежий заряд воздуха может подаваться из наддувочного нагнетателя под давлением, немного превышающим давление отработавших газов в цилиндре. После перекрытия поршнем перепускных окон заряд сжимается. При этом растут давление и температура, значения которых достигают значений давления и температуры в четырехтактном двигателе.
Второй такт — рабочий ход и выпуск
Сгорание начинается, как и в четырехтактном двигателе, при нахождении поршня возле верхней мертвой точки. Температура и давление не достигают максимальных значений, как в четырехтактном двигателе. Затем продукты сгорания топливовоздушной смеси расширяются в объеме. Как только поршень открывает перепускное окно, отработавшие газы под давлением выходят в систему выпуска. Вскоре вслед за этим открывается второе перепускное окно, и поступающий свежий заряд выталкивает остатки отработавших газов из цилиндра. На рис. 3.3 представлены два такта и соответствующая диаграмма работы двигателя в координатах p,V.
Рис. 3.3. Рабочий цикл двухтактного двигателя