Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл 4-х тактного двигателя состоит из четырех тактов и осуществляется на протяжении 4-х ходов поршня, т.е. за два оборота коленчатого вала.

Первый такт (рис 1.1,а) – наполнение цилиндра воздухом. Поршень движется от ВМТ к НМТ. Через впускной клапан 1 компрессор К, приводимый газовой турбиной ГТ, подает воздух в цилиндр под давлением р_к = 0,14 – 0,30 МПа На графике (линия da). В двигателе без наддува воздух поступает из атмосферы за счет всасывающего действия поршня. Для улучшения наполнения цилиндра воздухом впускной клапан открывается с опережением до прихода поршня в ВМТ (точка d), а закрывается – после НМТ (точка а).
Угол опережения открытия клапана Φ_оп.вп = 50-80° п.к.в. (поворота коленчатого вала) до ВМТ обеспечивает достаточное проходное сечение под клапаном к моменту начала движения поршня вниз и последующую продувку камеры сжатия по окончании выхлопа.Угол запаздывания закрытия клапана Φ_{з вп} = 30-60° п.к.в. за НМТ обеспечивает дозарядку цилиндра воздухом за счет инерции его потока, движущегося во впускном трубопроводе с большой скоростью (до 70 м\с). Параметры воздуха в цилиндре в конце наполнения (в точке а): р_а= 0,13 – 0,29 МПа (р_а<р_к-сказывается дросселирование воздуха во впускной системе) и Т_а = 38 – 52 °С (Т_а< Т_к охлаждение наддувочного воздуха после ГТК).

Второй такт (рис 1.1 б)- сжатие воздуха, подача и самовоспламенение топлива. Поршень движется отНМТ к ВМТ. Процесс сжатия (линия ас) начинается с момента закрытия впускного клапана и заканчивается в ВМТ. Параметры сжатия (в точке с): р_с = 4 -12 МПа;
Т_с = 530 -900° С. В конце процесса сжатия (в точке нп) в цилиндр через форсунку под давлением Р_т = 20 – 200 МПа начинает подаваться топливо. У гол опережения подачи топлива Ф_нп = 2-30° пкв (в зависимости от частоты вращения двигателя) необходим для осуществления физико-химических процессов подготовки топлива к самовоспламенению
в среде сжатого, нагретого воздуха и начала его сгорания при положении поршня в районе ВМТ.

Третий такт (рис 1.1 в) – продолжение сгорания топлива и расширение продуктов сгорания (рабочий ход). В начале такта происходит интенсивное сгорания топлива с выделением большого количества тепла, давление и температура смеси продуктов сгорания и воздуха, несмотря на увеличение объема цилиндра в связи с начавшимся движением поршня вниз резко растут. В точке z давление достигает максимума и составляет P_z = 9 -1 6 МПа, Т_z = 1600 – 2000° С. Подача топлива заканчивается по прошествии 15 – 20° за ВМТ (точка кп), но сгорание еще продолжается и в зависимости от скорости процесса сгорания, зависящего от качества распыливания топлива, смесеобразования и наличия избытка воздуха, завершается через 40 и более градусов п.к.в. В некоторых случаях не исключено догорание в самом конце расширения газов вплоть до открытия выпускного клапана в точке 2. Параметры в конце расширения (точка в); P_в= 0,3 – 0,9 МПа и Т_в = 630 – 950°С.

Четвертый такт (рис 1.1г) – выпуск газов начинается до НМТ. Угол опережения открытия выпускного клапана Ф_{0 вып} = 40 – 60° п.к.в. до НМТ обеспечивает увеличение энергии газов, отбираемых на привод газотурбонагнетателя и совершенствование очистки цилиндра от продуктов сгорания. Но, в тоже время, раннее открытие выпускного клапана уменьшает полезную работу газов в цилиндре. Процесс выпуска газов (линия bdr) продолжается в течение всего хода поршня вверх и заканчивается после перехода им ВМТ через 40 – 60° пкв (поворота коленчатого вала). Угол поворота вала Ф_п, в течение которого открыты одновременно впускной и выпускной клапаны (линия dr), называется углом перекрытия клапанов. Перекрытие обеспечивает хорошую продувку камеры сжатия и охлаждение ее стенок свежим воздухом.