Рабочий цикл четырёхтактного дизельного двигателя

В четырёхтактных дизельных двигателях химическая энергия топлива при сгорании преобразуется в тепловую, а затем в механическую в последовательности, показанной на рис. 7.

Такт впуска. При помощи постороннего источника энергии, например, электрического стартёра или пускового двигателя, коленчатый вал 1 (рис. 7,1) двигателя приводят во вращение и поршень 3 начинает двигаться от в.м.т. к н.м.т., создавая разрежение в полости цилиндра 4 над поршнем. Впускной клапан 6 при этом открыт, и цилиндр через впускной трубопровод 5 сообщается с атмосферой. Под влиянием разности давлений цилиндр заполняется воздухом, предварительно проходящим через воздухоочиститель. Вследствие быстрого увеличения объёма над поршнем давление в цилиндре становится ниже атмосферного и в конце такта впуска в среднем составляет 0,08…0,095 МПа (0,8…0,95 кгс/см²), а температура.

303…323 К (30…50°С). При подходе поршня к н.м.т. впускной клапан закрывается, и доступ воздуха прекращается.

Рис. 7. Схема рабочего процесса четырехтактного двигателя:

• 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — цилиндр; 5 — впускной трубопровод;
• 6 — впускной клапан; 7 — форсунка; 8 — выпускной клапан; 9 — выпускной трубопровод; I — впуск, II — сжатие. III — расширение (рабочий ход), IV — выпуск

Такт сжатия. При дальнейшем повороте коленчатого вала (рис. 7, II) поршень движется от н.м.т. к в.м.т. В это время впускной 6 и выпускной 8 клапаны закрыты, рабочий объём в цилиндре уменьшается, поэтому находящийся в нём воздух сжимается. Вследствие большой степени сжатия (е = 14…22) давление воздуха в конце такта достигает 3,5…5,0 МПа (35…50 кгс/см²), а температура — 873…923 К (600…650 °С), т. е. становится выше температуры самовоспламенения топлива.

Такт расширения. В конце такта сжатия, когда поршень находится около в.м.т., в цилиндр через форсунку 7 впрыскивается топливо. Форсунка обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе. Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом, образуя рабочую смесь, при этом оно воспламеняется и сгорает. Давление газов в цилиндре повышается до 6,0…9,0 МПа (60…90 кгс/см²), а температура — до 1993…2193 К (1720…1920°С). Поскольку оба клапана закрыты, расширяющиеся газы начинают давить на поршень, и тот, перемещаясь к н.м.т. (рис. 7, III), шатуном 2 поворачивает коленчатый вал, совершая полезную работу. К концу такта давление газов уменьшается до 0,3…0,5 МПа (3…5 кгс/см²), а температура — до 900… 1200 К (627…927°С). Далее при движении поршня к н.м.т. в связи с увеличением объёма уменьшается давление газов в цилиндре.

Такт выпуска. Когда газы совершают работу, а поршень дойдет до н.м.т., открывается выпускной клапан. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень за счёт энергии, накопленной маховиком, движется от н.м.т. к в.м.т., и отработанные газы выходят из цилиндра через выпускной трубопровод 9 (рис. 7, IV). Давление в конце такта составляет 0,11…0,12 МПа (1,1…1,2 кгс/см²), а температура — 673…873 К (400… 600°С). Далее рабочий цикл повторяется.