Теориялық циклда жанармайдың жану барысы жылудың басқа көзден лездік келтірілуімен, ал цилиндрден жану өнімін шығару барысы – жылуды сыртқа лездік алып тастаумен алмастырылған.
Нақты циклда жұмыс қоспасы сапалы өзгереді – жану өніміне айналады. Теориялық циклда бұл барыс мөлшері сапасы бойынша тұрақты жұмыс затының (газдың) шартты қозғалтқыштың цилиндрінде сығылуымен және ұлғаюымен алмастырылған. Цилиндрдің қабырғалары жылу өткізбейтін болып саналады. Теориялық цикл екі негізгі топқа бөлінеді: а) жұмыс затының көлемі тұрақты кезінде жылу енгізетін; б) жылудың бір бөлігін жұмыс затының көлемі тұрақты кезінде және екінші бөлігін қысымы тұрақты кезінде енгізетін. Цилиндрдегі жылу сыртқа тұрақты көлем кезінде алып тасталынады.
Теоретиялық циклдер графикада pV- диаграммасы күйінде салынады.
1 суретте іштен жанатын қозғалтқышта болатын теориялық циклдер диаграммалары келтірілген: жұмыс затының көлемі тұрақты кезінде жылу енгізетін цикл диаграммасы (Сурет 3, а) және жылу аралас келтірілетін циклдің диаграммасы (Суретк 3, б).
а) көлемі тұрақты кезінде жылу енгізетін; б) жылу аралас келтірілетін
Рисунок 3 – Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
Бірінші диаграмманы қарастырамыз. Циклдың басында піспек ТӨН-де тұрады, ол диаграмманың а нүктесіне сәкес келеді. Піспек жылжып цилиндр ішіндегі газды қысқан кезде, оның температурасы мен қысымы көтеріледі, оны диаграмманың ас сызығы бейнелейді. с нүктесінде жанармай тұтанады және тұрақты көлемде жануын z нүктесіне дейін жалғастырады (cz). zb сызығы бойынша жанып кеткен газдар ұлғайады, ba бойынша – жану өнімінің шығуына байланысты қысымдары теңейеді және де, ar бойынша – қалған жану өнімдері атмосфераға итеріліп шығарылады.
Төрт тактылы цикл. Іштен жанатын піспекді қозғалтқыштардың жұмыс принциптері мына төмендегідей ретпен жүретін барыстарға негізделген (4-сурет). Цилиндр ішіндегі піспек ілгері-қайтымды қозғалып тұрады. Соның қозғалысының салдырнан цилиндр ішінде неше түрлі құбылыс пайда болады. Цилиндрдің үсті цилиндр бастиегімен бекітілген, ал оның сыртпен қатысуы соратын, шығаратын клапандар арқылы жүзеге асады. Енді осы піспектің жүрісін рет-ретімен қарастырайық.
Піспек жоғарыдан төмен қарай жылжиды, яғни піспектің үстіндегі кеңістік көбейеді. Олай болса оның ішіндегі газ қысымы азайып, вакуум пайда болады. Сол кезде соратын клапан ашылады сырттан ауа немесе дайындалған жану қоспасы кіреді. Бұл барысты кіргізу барысы деп атаймыз (4а-сурет). Оның ұзақтығы піспек төменгі өлі нүктеге түскенге дейін созылады.
а – бірінші такты – сору барысы; б – екінші такты – қысу барысы; в – үшінші такты – ұлғаю барысы; г – төртінші такты – шығару барысы.
Сурет 4 – Төрттактылы қозғалтқыштың жұмыс атқару сүлбесі және оның индикаторлық диаграммасы
Піспектің ендігі жүрісі төменнен жоғары қарай бағытталады (4б-сурет). Сол кезде екі бірдей клапандар жабық болғандықтан, цилиндр ішіндегі газ қысылады, яғни көлемі азайады. Мұны сығу (қысу) барысы деп атаймыз. Қысылған газдың қасиеті бойынша оның көлемі азайып, температурасы көтеріледі.
Піспек жоғарыға жеткен кезде (4в-сурет) қысылып және қызып тұрған жану қоспасына электр ұшкынын беріп тұтандырады немесе қызып тұрған ауаға жанар май шашыратылады да ол тұтанып жанады. Сонымен, қысу барысының соңында жану барысы іске асады.
Жанған газ өте үлкен жылу бөліп шығарады да ол газдың температурасы көтеріледі, ал температура көтерілсе, оның қысымы да артады. Енді осы қысым піспекті төмен қарай итереді. Мұны ұлғаю барысы деп атаймыз. Бұл барысы да піспек төменгі өлі нүктеге келгенше созылады (4г-сурет).
Жанған газ ұлғайып біткеннен кейін піспек төменнен жоғары қарай қозғалады. Осы кезде шығаратын клапан ашылады да жанған газ сыртқа қарай піспекпен итеріліп шығарылады. Бұл барысты – шығару барысы деп атаймыз. Енді әрі қарай осы барыстар қайталана береді.
Сонымен, іштен жанатын піспекті қозғалтқыштардың жұмысы піспектің жүрісіне байланысты атқарылатын кіргізу, қысу, ұлғаю және шығару барыстарына байланысты болады екен. Олай болса піспектің бір жүрісін бір такт деп атасақ, мұндай қозғалқыштарды төрт тактылы қозғалтқыш деп атауға болады. Себебі, барлық жұмыс төрт тактыда атқарылып бітеді. Ал осы жұмыстар піспектің екі жүрісінде атқарылып болса, онда ондай қозғалтқыштарды екі тактылы іштен жанатын қозғалтқыш деп атайды.
Екі тактылы цикл. Екі тактылы іштен жанатын қозғалтқыштарда клапандар болмайды (5-сурет). Олардың орнына цилиндірдің орта шенінен шығаратын және соратын тесіктер жасайды. Сол тесіктерді піспек өзі жауып, ашып тұрады. Сонда піспектің жарты жүрісінде бір барыс орындалады. Екі тактылы қозғалтқыштардың жұмысы мына ретпен атқарылады. Айталық цилиндр іші ауамен немесе жану қоспасымен толтырылған екен делік. Піспек жоғары қарай жүреді де цилиндр ішіндегі ауаны немесе қоспаны қысады (5-сурет). Піспек жоғары жеткеннен кейін дизельді қозғалтқыш болса жанар май бүркіледі немесе карбюраторлы қозғалтқыш болса оттықпен ұшқын береді. Сөйтіп, цилиндр ішіндегі қоспа тұтанып, жанады. Жоғарыда айтылғандай жанған газ қатты қызғандықтан көлемін ұлғайтады да піспекті төмен қарай итереді (5-сурет).
Сонымен, цилиндр ішіндегі газ ұлғаюы піспектің жоғарғы жиегі цилиндр қабырғасындағы тесіктерді ашқанша жүреді. Цилиндр керегесіндегі шығару тесігі ашылғаннан кейін оның ішіндегі әліде болса жоғары қысымда тұрған газ өз қысымымен сыртқа шығады (5в-сурет). Піспек одан әрі қозғалғандықтан цилиндр керегесіндегі кіретін терезе ашылады. Енді сол терезе арқылы сырттан ауа немесе жану қоспасы кіргізіледі (5г-сурет). Мұны екі тактылы қозғалтқышта үрлеу барысы деп атайды. Ол үшін қозғалтқыш арнаулы айдағыш қондырғымен (5-суреттегідей) жабдықталады немесе ол жұмысты қозғалтқыштың өз механизмі атқарады. Бұл барыс піспек қайтадан цилиндр керегесіндегі терезелерді жапқанша жүре береді. Піспек соратын және шығаратын тесіктерді жапқаннан кейін, қысу барысы басталады (5а-сурет). Ал сол барыстың соңында, жоғарыда айтылған төрт тактылы қозғалтқыштағы сияқты жану мен ұлғаю барысы іске асады. Ал ұлғаю піспектің жарты жүрісіне дейін, яғни шығару тесігін піспек ашқанша ғана жүреді. Әрі қарай ашылған тесіктен жанған газ өзінің қалдық қысымы арқылы сыртқа шығады. Одан әрі жоғарыдағы қимылдар қайталана береді. Яғни екі тактылы қозғалтқыштың төрт тактылы қозғалтқыштан айырмашылығы, барлық барыс піспектің екі жүрісінде аяқталады.
а) қысу; б) улғаю; в) шығару; г) үрлеп енгізу.
Сурет 5 – Екі тактылы іштен жанатын қозғалтқыштың жұмыс сүлбесі
Піспек жүрісінің Sn газ алмасу жүретін бөлігінде пайдалы жұмыс жасалмайды. Бұл көлем жоғалтылған Vж деп аталады.
Жұмыс көлемі V/h=Vh-Vn болып есептелінеді.
Сондықтан нақты сығу дәрежесі
. (6/)
Геометриялық сығу дәрежесі төрт тактылы қозғалтқыштардікіндей формуламен өрнектеледі, яғни
. (6)
Жоғалтылған көлемнің Vж жұмыс көлемге Vh қатынасы жоғалтылған көлем коэффициенті деп аталады, яғни
. (7)
Екі тактылы қозғалтқыштар үшін ψ=10-38%.
Сонымен, іштен жанатын қозғалтқыштар жұмыс принциптеріне қарай екі түрлі болады – төрт немесе екі тактылы қозғалтқыштар. Осы екеуінің көп қолдау тапқан түрі – ол төрт тактылы болып саналады. Себебі, оның тиімділік көрсеткіштері екі тактылы қозғалтқыштарға қарағанда жақсы болады. Әсіресе жанар май шығыны жөнінде төрт тактылы қозғалтқыш тиімді жұмыс атқарады. Себебі, екі тактылы қозғалтқыштарда сору мен шығару барыстары бір мезгілде жүретіндіктен, жанған газбен бірге сыртқа жану қоспасы да шығып кетеді де жанар май ысырабына әкеліп соқтырады.
Автомобильдерде осы дизельді және карбюраторлы қозғалтқыштардың екі түрі де қолданылады. Оларды өзара салыстырғанда мынандай кемшіліктері мен артықшылықтары болады. Дизельді қозғалтқыштар жанар майды аз жұмсайды. Мысалы, онда 1 кВт қуатқа 220-245 г жанар май жұмсалса, карбюраторлы қозғалтқыштарда бұл көрсеткіш 340-350 г жетеді. Бірақ, бірдей қуат шығаратын карбюраторлы қозғалтқыш, дизельді қозғалтқышқа қарағанда көлемі кішірек болады. Себебі, дизельді қозғалтқыштарда жану қоспасын тұтандыру үшін цилиндр ішіндегі ауаны 16-18 есе қысады. Ол үшін оның механизмдері берігірек етіліп жасалады да, оның мөлшерін арттырып жібереді.
Осыған байланысты, бұрынғы шығарылған автомобильдерде дизельді қозғалтқыштарды ауыр машиналарында, ал карбюраторлы қозғалтқыштарды жеңіл машиналарда пайдаланған. Бірақ, жанар май шығынының тапшылығына байланысты кейінгі автомобильдерде осы екі түрі де кеңінен қолдау тауып келеді.