Двухтактный дизель. Схема рабочего цилиндра и круговая диаграмма газораспределения современного двухтактного дизеля приведены на рисунке 1.6. Работа двигателя осуществляется следующим образом.
Поршень при положении в НМТ полностью открывает продувочные окна, расположенные равномерно по окружности цилиндровой втулки 2. При открытых продувочных окнах цилиндр сообщается с продувочным ресивером 6, в котором при работе двигателя поддерживается давление ps которое в 2-3 раза больше атмосферного. В цилиндре и в выпускном коллекторе 3 давление меньше ps, поэтому при открытых продувочных и выпускном клапане 4 воздух поступает через окна в цилиндр, затем через клапан и выпускной патрубок поступает в выпускной коллектор. Этот процесс называют продувкой цилиндра. В этом случае цилиндр имеет максимальный объем Vf =Vc + Vh, где Vc- объем камеры сжатия (минимальный объем цилиндра при положении поршня в ВМТ).При движении поршня вверх он начинает закрывать продувочные окна и в точке е (см. круговую диаграмму на рис. 1.6) полностью их перекрывает, поступление воздуха в цилиндр прекращается. Выпускной клапан при этом остается еще открытым, поэтому при перемещении поршня вверх воздух из цилиндра вытесняется в выпускной коллектор, этот процесс называют потерей заряда воздуха. В точке b’(а) выпускной клапан закроется, к этому моменту объем цилиндра уменьшится на величину V”h. Этот объем называют потерянным рабочим объемом цилиндра. Разность Vh – V”h называют полезным рабочим объемом цилиндра и обозначают V’h .
С данного момента начинается процесс сжатия. Давление и температура воздуха в цилиндре по мере перемещения поршня к ВМТ повышаются. В момент, обозначенный на круговой диаграмме точкой нпф, форсунки 5 (2 или 3 на цилиндр) начинают впрыскивать топливо. Давление и температура воздуха к этому моменту достаточны для самовоспламенения топлива. Сгорание топлива начинается в ВМТ (с некоторой задержкой) и продолжается в начальной фазе расширения. Впрыск топлива завершается после ВМТ в момент, обозначенный точкой кпф. Изменение давления в цилиндре показано на рис. 1.7.
Давление в цилиндре при положении поршня в ВМТ называют давлением конца сжатия и обозначают р с. При сгорании топлива давление в цилиндре повышается, достигая максимума в точке z. Его называют максимальным давлением цикла и обозначают pz.
При движении поршня от ВМТ вниз до момента открытия выпускного клапана в точке Ъ осуществляется рабочий ход, в течение которого поршень производит полезную работу. Давление в цилиндре падает от максимального до ръ, которое значительно больше давления в выпускном коллекторе рb, поэтому после открытия выпускного клапана газы из цилиндра удаляются за счет разности давлений, этот процесс принято называть свободным выпуском газов.
В момент соответствующий точке d на круговой диаграмме поршень начинает открывать продувочные окна. К этому моменту в системе ресивер – цилиндр – выпускной коллектор складывается соотношение давлений ps> рμ> рг (рμ – давление в цилиндре). Вследствие этого воздух из ресивера поступает в цилиндр и вытесняет оставшиеся газы. Этот процесс (он завершается при достижении поршня НМТ) называют принудительным выпуском газов. Далее происходит продувка цилиндра воздухом, и все повторяется, как было описано выше.
Значения давлений рс и pz зависят от степени сжатия – отношения максимального объема цилиндра к объему камеры сжатия. В двухтактных двигателях геометрической (или номинальной) степенью сжатия называют отношение ε0 = V f/ Vc. Из изложенного выше ясно, что в двухтактном двигателе реальное сжатие начинается в момент закрытия выпускного клапана (точка а), объем цилиндра к этому моменту равен Va =VC + V’h. Отношение εд = Va / Vc называют действительной степенью сжатия. Действительная степень сжатия всегда меньше геометрической степени сжатия, разница между ними тем больше, чем больше потерянный рабочий объем цилиндра.
С учетом приведенных выше геометрических характеристик двухтактного дизеля выведем формулы, определяющие взаимосвязь между ними: 
Отношение объемов ψ=V”h / Vh называют относительной долей потерянного рабочего объема.
Взаимосвязь между действительной и геометрической степенями сжатия:
Четырехтактный дизель. Схема рабочего цилиндра и круговая диаграмма газораспределения четырехтактного дизеля приведены на рисунке 1.8. Работа двигателя осуществляется следующим образом.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля осуществляется за два оборота коленчатого вала и четыре хода поршня. Рассмотрим первый оборот . На схеме цилиндра (рис. 1.8) поршень 1 находится в НМТ, впускной клапан 6 приоткрыт, выпускной клапан 4 закрыт. При движении поршня к ВМТ в момент, обозначенный точкой d’ (а) впускной клапан закроется, начнется сжатие воздуха. Дальнейшее протекание процессов полностью аналогично двухтактному дизелю.
В конце рабочего хода в точке Ъ открывается выпускной клапан, начинается свободный выпуск газов в выпускной коллектор 3. При достижении поршнем НМТ завершается первый оборот.
В течение второго оборота осуществляется газообмен. В нижней части рисунка 1.9. крупным масштабом показано изменение давления в цилиндре на участке газообмена. Свободный выпуск газов заканчивается после ВМТ, когда давление в цилиндре упадет до значения, немного больше рs, далее начинается принудительный выпуск газов при движении поршня к ВМТ. В момент, соответствующий точке d открывается впускной клапан. На угловом интервале, обозначенном на круговой диаграмме (рис. 1.8) как (φпер, как и в двухтактном дизеле устанавливается соотношение давлений рs> рц> рг) поэтому происходит продувка камеры сгорания воздухом, поступающим из ресивера. Указанный угол называют углом перекрытия клапанов.
В точке b’ закрывается выпускной клапан, начинается наполнение цилиндра воздухом, поступающим из продувочного ресивера при движении поршня к НМТ. Наполнение цилиндра завершается после прохождения поршнем НМТ в точке а (d ‘), где закрывается впускной клапан. Как видно из рис. 1.9, повышение давления в цилиндре начинается сразу же после НМТ (точка ан). К моменту закрытия впускного клапана в точке а рц становится больше рs.
В силу отмеченного выше в четырехтактных ДВС началом сжатия считают НМТ поршня (точку ат вместо действительной а). При таком допущении геометрические характеристики двигателя будут выражаться следующими формулами:
Таким образом, в четырехтактном двигателе отсутствует понятие потерянного рабочего объема цилиндра, а степень сжатия ε равна геометрической степени сжатия.
Как видно из рисунка 1.9, в процессе газообмена поршнем совершается отрицательная работа (так называемая работа насосных ходов поршня), которая уменьшает на 2-3% полезную работу цикла четырехтактного двигателя. Работу насосных ходов принято включать в работу механических потерь двигателя.
