Давление в цилиндре во время такта впуска меньше давления окружающей среды и зависит от сопротивления впускного тракта и частоты вращения коленчатого вала. Величина его лежит в пределах 0,08—0,095 МПа. Температура рабочей смеси при этом также вследствие контакта ее с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными раскаленными газами составляет 90—120 °С.

Такт сжатия. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень движется от НМТ к ВМТ. В это время впускной и выпускной клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь, которая нагревается и дополнительно хорошо перемешивается. Давление рабочей смеси достигает максимума в тот момент, когда поршень доходит до ВМТ и зависит в основном от степени сжатия. Для различных карбюраторных двигателей оно колеблется от 0,8—1,2 МПа. Температура смеси в конце такта сжатия повышается до 300—450 °С. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давление смеси, тем больше мощность и экономичность двигателя. Однако увеличение степени сжатия карбюраторных двигателей допустимо лишь в известных пределах, так как чрезмерное повышение степени сжатия может привести к нежелательному детонационному характеру сгорания. Предельное значение величины степени сжатия должно быть таким, чтобы температура в конце такта была ниже температуры самовоспламенения топлива. Степень сжатия современных карбюраторных двигателей составляет 6—10.

Такт расширения. Этот такт состоит из двух последовательно происходящих процессов — сгорания смеси и расширения газов (продуктов сгорания смеси) и совершается при закрытых клапанах. Рабочая смесь в конце такта сжатия воспламеняется электрической искрой, проскакивающей между электродами свечи зажигания и сгорает, когда поршень находится около ВМТ. В результате сграния смеси температура и давление образующихся в цилиндре газов возрастают. Под действием давления продуктов сгорания поршень движется вниз и с помощью шатуна вращает коленчатый вал, совершая при этом механическую работу.

Давление газов в начале такта расширения составляет примерно 4—6 МПа и к концу такта расширения снижается до 0,4—0,5 МПа. Температура в начале такта расширения составляет 2000— 2500 °С, а в конце снижается до 900— 1100 °С.

Такт выпуска. Этот такт начинается при подходе поршня к НМТ при открытом выпускном клапане. Отработавшие газы под собственным давлением 0,4—0,5 МПа выходят из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод и глушитель. Далее поршень движется от НМТ к ВМТ и выталкивает из цилиндра оставшуюся часть отработавших газов под давлением, несколько превышающем атмосферное (0,11 — 0,12 МПа). Температура выпускных газов равна 700—800 С. После подхода поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной клапан открывается и начинается повторение рабочего цикла.

Таким образом, в четырехтактном одноцилиндровом двигателе коленчатый вал вращается под действием давления газов при такте расширения. Для вращения коленчатого вала в течение трех остальных вспомогательных тактов на валу закрепляется тяжелое маховое колесо (маховик), инерция которого обеспечивает вывод поршней из мертвых точек и совершение трех нерабочих ходов поршня.

Рабочий процесс четырехтактного газового двигателя протекает так же, как и у четырехтактного карбюраторного, но газовоздушная смесь готовится не карбюратором, а карбюратором-сме-сителем или специальным газовым смесителем.

—

При рассмотрении цикла условно примем, что каждый такт начинается и заканчивается в одной из мертвых точек.

Первый такт — впуск. При вращении коленчатого вала поршень перемещается из в. м. т. в н. м. т. и в верхней части цилиндра создается разрежение. Распределительный вал через детали газораспределительного механизма открывает впускной клапан, который через впускной трубопровод 5 соединяет цилиндр с карбюратором. Горючая смесь, поступающая под действием разрежения из карбюратора по впускному трубопроводу, заполняет цилиндр. В конце такта впуска, при работе двигателя с полной мощностью, давление в цилиндре составляет 80—90 кН/м2 (0,8— 0,9 кгс/см2), а температура рабочей смеси равна 80—120 °С (у прогретого двигателя).

Второй такт — сжатие. Такт впуска заканчивается, когда поршень приходит в н. м. т. (рис. 2, б). При дальнейшем повороте коленчатого вала поршень перемещается из н. м. т. в в. м. т. и сжимает рабочую смесь. В течение такта сжатия оба клапана остаются закрытыми. Объем смеси при сжатии уменьшается, а давление внутри цилиндра увеличивается и достигает 1000—1200 кН/м2 (10—12 кгс/см2). Повышение давления сопровождается увеличением температуры смеси до 300—400 °С.

Третий такт — расширение, или рабочий ход. Оба клапана закрыты (рис. 2, в). При подходе поршня в конце такта сжатия к в. м. т. между электродами свечи зажигания проскакивает электрическая искра. Сжатая рабочая смесь воспламеняется и быстро сгорает, образуя большое количество горячих газов. Газы давят на поршень, который под их давлением перемещается от в. м. т. до н. м. т. и через шатун вращает коленчатый вал. Это основной такт, так как расширяющиеся газы совершают полезную работу. С момента воспламенения смеси давление газов быстро возрастает, а затем по мере движения поршня вниз и увеличения объема давление снижается. В конце сгорания и начале расширения давление достигает 3000—4000 кН/м2 (30—40 кгс/см2) при температуре 2000—2200 °С, а в конце расширения снижается до 350—450 кН/м2 (3,5—4,5 кгс/см2) при температуре 1200—1500 °С.

Четвертый такт — выпуск. Поршень (рис. 2, г) движется от н. м. т. до в. м. т. и через открытый выпускной клапан вытесняет отработавшие газы в выпускной трубопровод, глушитель и далее в атмосферу. При такте выпуска не удается достигнуть полной очистки цилиндра от отработавших газов и часть их остается в цилиндре (остаточные газы). В конце выпуска давление равно 105—120 кН/м2 (1,05—1,2 кгс/см2), а температура 700— 900° С. После окончания такта выпуска рабочий цикл двигателя повторяется в рассмотренной выше последовательности.

На заднем конце коленчатого вала устанавливают тяжелый диск — маховик, который во время рабочего хода накапливает энергию, а затем продолжает вращаться по инерции. При этом вместе с маховиком вращается и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение остальных (вспомогательных) тактов. В одноцилиндровом двигателе, работающем очень неравномерно, маховик должен обладать большим моментом инерции.

—

В карбюраторном двигателе топливо сгорает при постоянном объеме. Рабочий цикл такого четырехтактного двигателя протекает следующим образом.

1. Такт впуска. При вращении коленчатого вала поршень движется от в. м. т. к н. м. т, создавая разрежение в полости цилиндра над поршнем. При этом впускной клапан открыт, и цилиндр через впускную трубу и карбюратор сообщается с окружающим пространством. Под влиянием разности давлений воздух устремляется в цилиндр. Проходя через карбюратор, воздух распиливает топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую смесь, которая поступает в цилиндр. Заполнение цилиндра горючей смесью продолжается до прихода поршня в н. м. т. К этому времени впускной клапан закрывается.

В начале такта впуска над поршнем в объеме пространства сжатия находятся отработавшие газы, оставшиеся от предыдущего цикла. Горючая смесь, заполняя цилиндр, перемешивается с остаточными газами и образует рабочую смесь.

В такте впуска изменение объема и соответствующего ему давления показано на индикаторной диаграмме кривой впуска га, расположенной ниже линии атмосферного давления.

2. Такт сжатия. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень движется от н. м. т. к в. м. т. В это время впускной и выпускной клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. Кривая ас на индикаторной диаграмме иллюстрирует изменение давления в зависимости от уменьшения объема при сжатии рабочей смеси. Во время такта сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешиваются и нагреваются. В конце такта сжатия между электродами свечи происходит электрический разряд, и рабочая смесь воспламеняется. Выделение теплоты при сгорании топлива вызывает резкое повышение давления и температуры газов (продуктов сгорания), образующихся в цилиндре. Кривая cz на индикаторной диаграмме (рис. 12) показывает нарастание давления в цилиндре при сгорании смеси.

Рис. 3. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя:
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; а —такт выпуска: 1 — цилиндр; 2 — выпускная труба; 3 — выпускной клапан; 4 — поршень; 5 — свеча; 6 — впускной клапан; 7 — впускная труба; 8 —карбюратор; 9 — шатун; 10— коленчатый вал.

Рис. 4. Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя.

3. Такт расширения.

Оба клапана закрыты.

Под давлением газов поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т. Шатун преобразует это движение во вращательное движение коленчатого вала. Таким образом, при расширении газов совершается полезная работа. Кривая zb на рисунке 12 отображает изменение давления газов в такте расширения.