Рабочий процесс двигателя анализируют по индикаторной диаграмме, которая представляет собой зависимость давления в цилиндре двигателя р от переменного объема надпоршневого пространства V. Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя показана на рис. 2.5.
Рис.2.5. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя
Первый такт называется впуск и осуществляется при повороте кривошипа от О до 180°, чему соответствует изменение объема надпоршневого пространства от Vc (объем камеры сгорания) при a = 0° (ВМТ) до Va (полный объем цилиндра) при a = 180° (НМТ).
Для лучшей организации процессов газообмена клапаны открываются до начала соответствующего такта и закрываются по его окончании, поэтому в действительном цикле понятия «такт» и «процесс» не совпадают.
Продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc называются остаточными газами (см. рис. 2.5). Цилиндры заполненяются свежим зарядом (линия rа на диаграмме) вследствие разрежения в нем, создаваемого движущимся в сторону НМТ поршнем.
Гидравлические потери во впускном такте определяют давление ра в конце такта впуска (точка а). Величина потерь зависит от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя: от скорости перемещения ТВС (топливовоздушная смесь) по впускному такту и от степени открытия дроссельной заслонки. На режиме номинальной мощности дроссель открыт полностью, и частота вращения коленчатого вала равна номинальной ра =(0,8...0,9) р0.
На температуру Та влияют теплообмен свежего заряда с элементами двигателя. 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.
Второй такт работы двигателя называется сжатием и происходит при повороте кривошипа на угол a = 180...360° (см. рис.2.5, 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 ε. При значениях ε, характерных для современных карбюраторных двигателей (ε = 6,5...10,5), pc = 0,9...1,5 МПа и Тс = 550...750 К.
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 поворота коленчатого вала от момента подачи искры до прихода поршня в ВМТ называется углом опережения зажигания.
Третий такт — это такт расширения (a = 360...540°). Во время этого такта происходят сгорание основной доли поданного в цилиндр топлива, расширение рабочего тела и осуществляется полезная работа.
Вблизи ВМТ при повороте кривошипа на угол a z = 10...15° давление в цилиндре становится максимальным pz=3,5...6,5 МПа и соответственно возрастает температура рабочего тела до Tz = 2400...2800 К. Отношение λ=pz /pc называют степенью повышения давления. Для современных карбюраторных двигателей λ = 3,6...4,2.
По завершении такта расширения рабочее тело (РТ) имеет расчетные значения давления и температуры рb=0,35..0,5 МПа, Тb = 1400...1700 К.
Следует отметить, что в действительном цикле процесс расширения из-за раннего начала открытия выпускного клапана заканчивается раньше, чем поршень приходит в НМТ.
Четвертый такт называется выпуском (a = 540...720°) и осуществляется под некоторым избыточным давлением pr = (1,05...1,2) p0. Величина давления в этом случае зависит от гидравлических потерь в выпускной системе. Отработавшие газы покидают цилиндр с Тг = 900...1100 К.