Такт сжатия. При этом происходит сжатие рабочей смеси, что необходимо для увеличения скорости сгорания и деления газов в цилиндре. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. В конце такта рабочая смесь сжимается до объема камеры сгорания, благодаря чему улучшаются испарение и перемешивание паров бензина с воздухом, и соответственно предельные значения степени сжатия ограничиваются свойством применяемого топлива. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 10–12 атм., а температура до 450–500 °C.

Такт расширения (рабочий ход). При этом такте происходит воспламенение рабочей смеси, поршень под действием давления газов перемешается от ВМТ до НМТ. Через шатун приводится во вращение КВ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. При рабочем ходе давление достигает 35–40 атм., а температура – 2000 °C. В конце рабочего хода давление падает до 3–4 атм., а температура снижается до 1100–1200 °C.

Такт выпуска. При этом такте происходит очищение цилиндра от отработавших газов. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, впускной клапан закрыт, выпускной открыт. При движении поршня к ВМТ отработавшие газы через выпускной клапан выталкиваются в атмосферу. Так как выпускной тракт имеет гидравлическое сопротивление, то не все отработавшие газы выходят в атмосферу, и давление газов в цилиндре составляет 1,05—1,15 атм., а температура с 700–800 °C понижается до 300–400 °C.

При дальнейшем вращении КВ перечисленные такты непрерывно чередуются в такой же последовательности.

Таким образом, в четырехтактном одноцилиндровом двигателе КВ под действием давления газов вращается только при такте расширения. Для совершения вспомогательных тактов к КВ необходимо приложить внешний момент, для этого на КВ устанавливают маховик. Так как он обладает значительной массой, то маховик при рабочем ходе накапливает кинетическую энергию и продолжает далее вращаться по инерции. Вместе с маховиком вращается и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение всех вспомогательных тактов.

Наличие маховика также способствует более равномерному вращению КВ и выводу КШМ из мертвых точек.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля включает следующие такты: впуск; сжатие; рабочий ход; выпуск.

Впуск. При этом такте поршень перемещается отВМТ кНМТ. Через открытый впускной клапан в цилиндр через воздухоочиститель поступает чистый воздух. Так как сопротивление впускного тракта дизеля меньше карбюраторного, то давление в цилиндре в конце впуска близко к атмосферному и составляет 0,75—0,85 атм. Температура – 80–90 °C.

Сжатие. При этом такте поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах и сжимает в цилиндре воздух. В дизелях применяется более высокая степень сжатия, ввиду того, что нет опасности детонационного сгорания смеси. К концу такта давление возрастает до 35–45 атм.; а температура до 600–700 °C. Такая температура необходима для гарантированного самовоспламенения рабочей смеси (температура самовоспламенения дизтоплива 300 °C).

Рабочий ход. Перед рабочим ходом в цилиндр под высоким давлением 150–250 атм. в распыленном состоянии впрыскивается топливо, частицы топлива, соприкасаясь с нагретым воздухом, быстро сгорают, при этом выделяется большое количество тепла. Температура увеличивается до 1800–2000 °C а давление до 70–80 атм., под действием давления газов поршень совершает рабочий ход, вращая через шатун КВ. К концу такта давление падает до 4 атм., а температура до 650–700 °C. Для обеспечения более полного сгорания топлива в цилиндры подается небольшой избыток воздуха.

Выпуск. При этом такте поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает отработавшие газы. Температура падает до 200–300 °C, а давление – до 1,05—1,15 атм.

При дальнейшем вращении коленчатого вала все такты повторяются в такой же последовательности. Большее значение степени сжатия в дизелях обеспечивает высокую их экономичность.

ДВС состоит из следующих механизмов и систем:

• служащего преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение КВ. КШМ состоит из цилиндра, головки, поршня с кольцами, поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала и маховика;

• ГРМ, служащего для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси и удаления из цилиндра отработавших газов. ГРМ состоит из клапанов, пружин, толкателей, распределительного (кулачкового) вала;

• система охлаждения служит для отвода тепла от нагретых деталей и поддержания нормального теплового режима двигателя. Она может быть жидкостной или воздушной. Жидкостная система охлаждения состоит из водяной рубашки, радиатора, водяного насоса, вентилятора и патрубков;

• система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся деталям двигателя в целях уменьшения трения между ними и их износа. Она состоит из: поддона, служащего резервуаром для масла, масляного насоса, фильтров и маслопроводов;

• система питания предназначена для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндр двигателя. У карбюраторных двигателей система питания состоит из топливного бака, топливопроводов, топливного и воздушного фильтров, топливного насоса, карбюратора, впускного и выпускного трубопроводов и глушителя. У дизельных двигателей в систему питания входят те же приборы и детали, только вместо карбюратора устанавливается топливный насос высокого давления и форсунки;

• система зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя. Зажигание осуществляется с помощью электрической искры, проскакивающей в определенный момент между электродами запальной свечи. В систему зажигания входят приборы, обеспечивающие получение электрического тока высокого напряжения и подвод его к запальным свечам. У дизельных двигателей система зажигания отсутствует.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня, воспринимающего давление газов, во вращательное движение коленчатого вала.

Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на две группы: неподвижные и подвижные.

К первым относятся: блок цилиндров; головка блока; прокладка головки блока; поддон. Ко второй группе деталей относятся: поршень с кольцами и поршневым пальнем (рис. 2.3); шатун; коленчатый вал (рис. 2.4); маховик. Блок цилиндров (блок-картер) является основой двигателя. На нем и внутри него располагаются основные детали механизмов и систем двигателя.

Рис. 2.3. Поршень с шатуном:1 — кольцевые диски маслосъемного кольца; 2 — осевой расширитель; 3 – радиальный расширитель; 4 – нижнее и среднее компрессионные кольца; 5 – верхнее компрессионное; 6 — стопорное кольцо; 7 – поршневой палец; 8 — стрелка на днище поршня; 9 — поршень; 10 — шатун; 11 — метка на стержне шатуна; 12 — бобышка на крышке шатуна

Блок отлит из серого чугуна. В блоке имеется горизонтальная перегородка, которая делит блок на верхнюю и нижнюю части. В горизонтальной перегородке расточены отверстия для установки гильз цилиндров, оси которых расположены под углом 90 °C. Внутренняя рабочая поверхность гильз, тщательно обработанная и отшлифованная, называется зеркалом. Между стенками гильз и стенками блока имеется полость, называемая водяной рубашкой, которая заполняется жидкостью, охлаждающей двигатель, поэтому гильзы называют мокрыми.