В карбюраторных двигателях воспламенение горючей смеси происходит при помощи электрической искры; в этом случае высокого сжатия не требуется, так как повышение степени сжатия горючей смеси может привести к ее преждевременному воспламенению или самовоспламенению, что вредно отражается на работе двигателя.

III такт — рабочий ход. Горючая смесь в цилиндре воспламеняется электрической искрой и, сгорая, выделяет большое количество тепла. Сгорание происходит при постоянном объеме. На индикаторной диаграмме процесс сгорания изображается линией cz.

В конце сгорания температура газов в цилиндре в зависимости от нагрузки возрастает до 1800—2000° С, а давление — до 40—50 бар и выше. Под действием давления расширяющихся газов поршень движется к н. м. т. При этом давление газов в цилиндре падает до 4,5—3,5 бар, а температура снижается до 1150—1450 °С. На индикаторной диаграмме рабочий ход изображается линией zd.

IV такт — выпуск. После расширения газов поршень Движется к в. м. т. Через открытый выпускной клапан из цилиндра удаляются отработавшие газы. В среднем давление газов при выпуске равно 1,2 бар, температура — около 500 °С.

Затем цикл повторяется в том же порядке.

Таким образом, из четырех тактов цикла лишь один является рабочим, а остальные три — вспомогательными.

Двухтактный двигатель. В двухтактном двигателе рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала. Наполнение цилиндра горючей смесью, сжатие и сгорание ее, а также расширение и выпуск газов происходят за два хода поршня. При этом выпуск продуктов сгорания и зарядка горючей смесью совершаются лишь на некотором участке рабочего хода поршня. На рис. 3 показана нижняя часть индикаторной диаграммы и схема двухтактного двигателя с криво-шипно-камерной продувкой.

Во время хода поршня на участке от н. м. т. к в. м. т. в цилиндре происходит продувка и зарядка цилиндра горючей смесью (или воздухом) и удаление отработавших газов; затем на участке ti’b’ продолжается выпуск газов, после чего начинается сжатие горючей смеси (у карбюраторных двигателей) или воздуха (у дизелей) с последующим воспламенением горючей смеси. В картере в этот период происходит всасывание горючей смеси или воздуха через клапан.

При движении поршня от в. м. т. к н. м. т. в цилиндре вначале происходит сгорание горючей смеси и расширение продуктов сгорания, а затем выпуск отработавших газов и продувка (участок пН). В картере в этот период осуществляется сжатие и перепуск горючей смеси или воздуха в цилиндр.

Для обеспечения своевременного поступления в цилиндр горючей смеси и выхода отработавших газов в двухтактных двигателях применяются два типа газораспределительных механизмов: контурный (Я-образная продувка) с щелевым распределением и прямоточный с клапанно-щелевым распределением, или прямоточно-щелевой.

К контурным относятся газораспределительные механизмы, у которых выпуск отработавших газов и поступление в рабочий цилиндр воздуха осуществляется через окна (щели), открываемые и закрываемые самим рабочим поршнем. При этом поступающий через впускные окна воздух движется по заданному контуру, вытесняя отработавшие газы через выпускные окна.

При прямоточной продувке продувочный воздух движется только в одном направлении (снизу вверх или сверху вниз) от впускных к выпускным окнам (или выпускным клапанам).

При клапанно-щелевом распределении отработавшие газы удаляются через один или несколько выпускных клапанов, расположенных в крышке рабочего цилиндра; открытие и закрытие клапанов производится специальным механизмом. Продувочный воздух поступает через расположенные равномерно по всей окружности цилиндра окна, которые открываются при приближении поршня кн.м.т. Продувочный воздух движется снизу вверх от окон к клапанам, вытесняя отработавшие газы.

Прямоточные типы продувок обеспечивают наилучшую очистку и наполнение рабочего цилиндра двигателя.

Четырехтактный дизель. К дизелям относятся двигатели высокого сжатия с самовоспламенением топлива. Рабочий цикл четырехтактного дизеля (рис. 7) осуществляется в такой последовательности:

I такт — всасывание. Поршень движется от в. м. т. к н. м. т. при открытом всасывающем клапане. В цилиндр при этом засасывается воздух из атмосферы. Давление воздуха в конце такта всасывания достигает 0,85—0,90 бар. Температура воздуха в конце такта будет примерно на 20—30 град выше температуры окружающей среды.

На индикаторных диаграммах процесс всасывания изображается линией аЬ.

II такт — сжатие. Поршень движется от н. м. т. к в.м.т. при закрытых клапанах рабочего цилиндра. Воздух сжимается до давления 28—40 бар, причем температура его повышается до 550— 600 °С, т. е. до температуры самовоспламенения тяжелого жидкого топлива.

III такт — рабочий ход (сгорание и расширение). В момент нахождения поршня у в. м. т. в цилиндр впрыскивается топливо под давлением 110— 250 бар и выше. Распыленное в среде сжатого воздуха топливо самовоспламеняется и сгорает.

Сгорание топлива у компрессорных дизелей проходит при постоянном давлении, у бескомпрессорных дизелей (рис. 9) — по смешанному циклу (при р и V = const). Давление образующихся при этом газов достигает 40—80 бар при температуре до 1800° С. Поршень, перемещаясь вниз, осуществляет рабочий ход. В конце такта расширения давление снижается до 2,5—4,5 бар при температуре газов до 600—700 °С.

IV такт — выпуск. Поршень движется от н. м. т. к в.м.т., выталкивая отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан. Давление отработавших газов будет порядка 1,1—1,2 бар, а температура — 400—550° С. На индикаторных диаграммах выпуск отработавших газов изображается линией da. После этого рабочий цикл повторяется.

В двигателях для лучшей очистки цилиндра от продуктов сгорания и наиболее полного заполнения его воздухом несколько увеличивают продолжительность процессов впуска и очистки цилиндров, в связи с чем открытие всасывающих и выпускных клапанов производится до мертвой точки (с опережением), а закрытие — за мертвой точкой (с запаздыванием). Для большей надежности и эффективности сгорания топлива его воспламенение осуществляется до мертвой точки (с опережением).

Фазы газораспределения, т.е. моменты открытия и закрытия всасывающих и выпускных клапанов и моменты подачи топлива, выражаются в градусах поворота коленчатого вала и обычно изображаются в виде круговой диаграммы.

Фазы газораспределения подбираются опытным путем в процессе длительных испытаний двигателей. Опережение открытия клапана для судовых двигателей составляет = 20 ч- 40° до в. м. т. (рис. 10). Запаздывание достигает а2 = 20 ч- 40° после н. м. т. Это значит, что поршень идет вверх по ходу сжатия, а клапан некоторое время остается открытым. Воздух продолжает поступать в цилиндр по инерции. При этом используется кинетическая энергия потока воздуха, движущегося с большой скоростью через клапан.

Фазы газораспределения для разных типов двигателей в основном зависят от быстроходности двигателя, величины проходного сечения клапанов и пр.