Четырехтактный дизель без наддува (рис. 1). Рабочий цикл — цикл реального двигателя. Рабочий цикл четырехтактного дизеля осуществляется в четыре такта. В период первого такта происходит заполнение рабочего ци­линдра воздухом. При движении поршня а от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) происходит засасывание воздуха в цилиндр из окружающей среды. Воздух поступает через патрубок б и открытый впуск­ной клапан в. Впускной и выпускной клапаны расположены в крышке ци­линдра и приводятся в действие от распределительного вала, число оборотов которого в два раза меньше Числа оборотов коленчатого вала. Моменты от­крытия и закрытия клапанов не совпадают с положением поршня в мертвых точках. Для выражения продолжительности открытия клапанов в углах поворота коленчатого вала пользуются круговыми диаграммами распределения.

Для увеличения продолжительности открытия впускного клапана (что необходимо для увеличения веса заряда воздуха) он открывается раньше прихода поршня в ВМТ (точка 1, см. рис. 1—3) и закрывается позже НМТ (точка 2, см. рис. 1—3).

Открытие впускного клапана с углом опережения ?_1-1” (см. рис. 2) производится с целью получения наибольшего проходного сечения клапана при положении поршня в ВМТ. Величина угла запаздывания закрытия впускного клапана ?_2-2” определяется моментом достижения в цилиндре атмосферного давления.

Чем быстроходнее двигатель, тем будет больше величина угла ?_2-2”. Обычно угол ?_1-1” составляет 20 — 30°, а ?_2-2” — 20—40°.

Таким образом, полный угол открытия впускного клапана (полный угол впуска) ф_вп будет равен

В период второго такта происходит сжатие заряда воздуха, поршень движется от НМТ к ВМТ, при этом клапаны впускной и выпускной закрыты (точки 2—3, см. рис. 1—3). Давление воздуха в конце сжатия (точка 3) достигает 30—40 кГ/см², а темпе­ратура 600—700° С. До прихода поршня в ВМТ, в период такта сжатия, форсункой е в цилиндр (см. рис. 1) подается распыленное топливо. Опережение подачи топ­лива (точка 3', см. рис. 3) опре­деляется требуемой продолжитель­ностью подготовки топлива к са­мовоспламенению и тем, что неко­торая часть топлива должна сго­реть по достижении поршнем ВМТ.

Величина угла опережения подачи топлива ? _3’-3 зависит от числа оборотов двигателя и обычно со­ставляет 10—30°. Распыленное топ­ливо в среде сжатого сильно на­гретого воздуха самовоспламеняет­ся, после чего в цилиндре про­текает процесс сгорания топ­лива.

Одновременно с горением ра­нее впрыснутого топлива происхо­дит дальнейшая подача топлива че­рез форсунку. Продолжительность сгорания зависит от периода подачи топлива (от угла подачи). Заканчи­вается процесс сгорания (точка 4, см. рис. 2 и 3) позже конца подачи, так как последним каплям впрыскиваемого топлива нужно время на сгора­ние. В результате сгорания топлива температура газов повышается до 1700—1800° С, а максимальное давление цикла достигает 50—80 кГ/см². Развивающееся давление в цилиндре действует на поршень и перемещает поршень от ВМТ к НМТ, совершая полезную механическую работу.

Таким образом, третий такт включает в себя одновременное сгорание топлива и расширение продуктов сгорания (только расширение продуктов сгорания после конца сгорания топлива). Третий такт называют рабочим тактом, т. е. в период протекания этого такта двигателем совершается меха­ническая работа.

В конце расширения открывается выпускной клапан г (см. рис. 1) и отработавшие газы удаляются из цилиндра в патрубок д и далее в выпускной тракт двигателя. С целью уменьшения оказываемого противодавления отра­ботавшими газами поршню в период четвертого такта — выпуска клапан г открывается раньше прихода поршня в НМТ. Угол опережения открытия выпускного клапана ? _5-5’ устанавливается таким, чтобы давление в ци­линдре к моменту прихода поршня в НМТ снизилось почти до атмосферного. Величина угла ? _5-5’ обычно составляет 40—45°.

Для лучшей очистки цилиндра от отработавших газов закрытие вы­пускного клапана производится с опозданием — после того как поршень перейдет ВМТ. Угол запаздывания закрытия выпускного клапана ? _6’-6 (см. рис. 2) состав­ляет 10—15°.

В период поворота коленчатого вала между точками 1—6 (см. рис. 2) впускной и выпускной клапаны одновременно открыты. Угол поворота вала, в течение которого одно­временно открыты впускной и выпускной кла­паны, называется углом перекрытия клапа­нов. В дизелях без наддува угол перекрытия клапанов примерно составляет 30—45°. Полный угол выпуска будет равен

После окончания выпуска рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Рассмотрев рабочий цикл четырехтактно­го дизеля и построив индикаторную и круго­вую диаграммы, можно сделать следующие обобщения.

Из четырех тактов двигателя (720° пово­рота коленчатого вала) только один III такт (рабочий такт) совершает полезную работу.

В период I и IV тактов двигатель работает как насос с затратой энергии (насосные потери двигателя).

В период II такта двигатель работает как компрессор с затратой энергии, кото­рая используется в процессе расширения, за исключением потери вследствие необратимо­сти процессов сжатия и расширения.

Необходимая равномерность вращения ко­ленчатого вала двигателя достигается запасом кинетической энергии махо­вика и за счет рабочих ходов других цилиндров.

Продолжительность и моменты открытия и закрытия клапанов влияют на мощность и экономичность двигателя, и оптимальные значения их уста­навливаются опытным путем в период регулировочных испытаний голов­ного двигателя (первого из данной серии).