При подходе поршня к верхней мертвой точке скорость поршня уменьшается. В это время отработавшие газы по инерции продолжают с большой скоростью уходить в выпускную трубу. Это явление используется для улучшения очистки цилиндров, и поэтому выпускной клапан закрывается после того, как поршень начал двигаться от верхней мертвой точки к нижней.

Так как впускной клапан открывается за 10–70° до верхней мертвой точки, а выпускной закрывается после верхней мертвой точки, то происходит перекрытие клапанов, при котором и впускной и выпускной клапаны одновременно открыты. В этот период свежая горючая смесь поступает в цилиндры.

При перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней на него действует сила, величина которой в каждый отдельный момент равна произведению разности давлений над поршнем и под поршнем на площадь днища поршня.

Диаграмма, на которой показано изменение давления в цилиндре двигателя за время рабочего цикла, называется индикаторной диаграммой, так как это изменение давления записывается особым прибором — индикатором.

Рассмотрим порознь изменение давления на тактах впуска и выпуска (рис. 9) и на тактах сжатия и расширения.

Рис. 9. Диаграмма насосных потерь четырехтактного двигателя: V_c — объём камеры сжатия; Vh — рабочий объем цилиндра.

Механические потери в двигателе складываются из работы, затрачиваемой на преодоление трения в двигателе, на привод вспомогательных механизмов двигателя и на насосные потери. Механические потери в двигателе обычно определяются путем проворачивания коленчатого вала двигателя от электромотора. При вращении коленчатого вала электромотор затрачивает мощность не только на преодоление трения между рабочими деталями двигателя и на привод вспомогательных механизмов, но и на впуск воздуха в цилиндры двигателя и выпуск его из цилиндров.

На рис. 10 показано изменение давления в цилиндре двигателя во время тактов сжатия и расширения. Изменение давления в цилиндре двигателя на такте сжатия изображено на диаграмме линией ас".

Рис. 10. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя: Z — начало сгорания; c' — конец расширения; а — начало такта сжатия; c" — конец такта сжатия; r — конец такта выпуска.

Как было указано ранее, работа, затрачиваемая на сжатие рабочей смеси в цилиндре двигателя, является работой вспомогательной. На ее совершение затрачивается энергия, запасенная в маховике во время предыдущего рабочего цикла.

Изменение давления в цилиндре на такте расширения изображено на диаграмме линией cZa. Работа, совершаемая газами во время такта расширения и запасенная в маховике, частично затрачивается на сжатие рабочей смеси в цилиндре двигателя. Остальная часть работы используется на преодоление трения в двигателе, на насосные потери, на преодоление трения в силовой передаче мотоцикла и на перемещение мотоцикла по дороге во время его движения. Эта работа носит название полезной.

Полезная работа, развиваемая за один рабочий цикл, равна разности работы, получаемой при расширении, и работы, затрачиваемой на сжатие. Следовательно, полезная работа двигателя, используемая за один цикл, может быть представлена в виде площади, ограничиваемой кривой ас" Zе'а (рис. 11).

Рис. 11. Среднее индикаторное давление четырехтактного двигателя: а — начало такта сжатия; c" — конец такта сжатия; Z — конец видимого горения; е' — конец расширения.

Но полезная работа, развиваемая газами в цилиндре двигателя, может быть представлена на диаграмме не в виде площади, ограниченной линией Ос" Zа и имеющей сложную форму, а в виде равновеликого ей прямоугольника, длина которого соответствует расстоянию, проходимому поршнем от одной мертвой точки до другой, а высота равна средней высоте индикаторной диаграммы.

Так как давление газов в кг/см² откладывалось на вертикали в определенном масштабе, то высота прямоугольника представляет собой среднее индикаторное давление, которое является условным постоянным давлением, действующим на поршень при его перемещении от верхней мертвой точки к нижней. Полезная работа, совершаемая газами при постоянном среднем индикаторном давлении, будет равна полезной работе, совершаемой газами в цилиндре двигателя при переменном давлении, изменение которого показано на диаграмме.

Мощность, развиваемая газами в цилиндре двигателя, носит название индикаторной мощности. Зная среднее индикаторное давление, легко подсчитать индикаторную мощность. Для этого следует помножить величину среднего индикаторного давления (в кг/см²) на площадь поршня (в см²). Произведение будет равно силе (в кг), действующей на поршень во время всего его хода.

Произведение силы на путь поршня, проходимый им от одной мертвой точки до другой, равно работе (в кгм), совершаемой газами за рабочий цикл.

Для определения индикаторной мощности необходимо знать число рабочих циклов, совершаемых в цилиндре двигателя в одну секунду. Поскольку обычно известно число оборотов двигателя в одну минуту, то, разделив это число на 60, подсчитаем число оборотов в одну секунду. Так как при четырехтактном процессе один цикл совершается за два оборота коленчатого вала, то разделив на два число оборотов коленчатого вала за одну секунду, узнаем число рабочих циклов в одну секунду.

Если работа, совершаемая за один цикл (в кгм), известна, то, помножив ее величину на число рабочих циклов в одну секунду, подсчитаем мощность (в кгм/сек), развиваемую двигателем. Обычно мощность двигателя исчисляется в лошадиных силах, а одна лошадиная сила равна 75 кгм/сек. Следовательно, разделив полученную мощность двигателя в кгм/сек на 75 кгм/сек, получим мощность двигателя в лошадиных силах.

5. Двухтактный цикл двигателя222.

Схема работы мотоциклетного двухтактного двигателя представлена на рис. 12.

Рис. 12. Схема работы двухтактного двигателя: а — сжатие рабочей смеси в цилиндре двигателя и впуск горючей смеси в кривошипную камеру; б — расширение в цилиндре двигателя и сжатие горючей смеси в кривошипной камере; в — продувка цилиндра горючей смесью; г — начало сжатия рабочей смеси в цилиндре двигателя.

Цилиндр двигателя укреплен на кривошипной камере. На боковых стенках цилиндра внизу расположены три окна: продувочное окно, сообщающее каналом цилиндр с кривошипной камерой, выпускное окно, сообщающее цилиндр с внешней средой, и впускное окно, сообщающее кривошипную камеру с карбюратором. Верхняя кромка выпускного окна находится несколько выше верхней кромки продувочного окна. Нижняя кромка выпускного и продувочного окон расположены на уровне днища поршня при его положении в нижней мертвой точке.

Рассмотрим рабочий процесс двухтактного двигателя. Предположим, что за предыдущий рабочий цикл произошло сжатие рабочей смеси в кривошипной камере и цилиндр двигателя в основном заполнен свежей горючей смесью, поступившей через продувочное окно из кривошипной камеры.

При перемещении от нижней мертвой точки к верхней поршень вначале перекрывает своей боковой стенкой продувочное окно, а затем открывает впускное окно. Так как при перемещении поршня к верхней мертвой точке объем кривошипной камеры увеличивается, в камере создается разрежение. Атмосферный воздух, проходя через смесительную камеру карбюратора, под действием разрежения подхватывает капельки горючего, выходящего из распылителя карбюратора, обдувая их, тем самым способствует испарению.