Классификация двигателей внутреннего сгорания

ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, КЛАССИФИКАЦИЯ, РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС

Поршневые ДВС нашли самое широкое распространение в качестве источников энергии на автомобильном, железнодорожном и морском транспорте, в сельскохозяйственном и строительном производствах (тракторы, бульдозеры), в системах аварийного энергообеспечения специальных объектов (больницы, линии связи и т.п.) и во многих других областях человеческой деятельности. В последние годы особое распространение получают мини-ТЭЦ на основе газопоршневых ДВС, с помощью которых эффективно решаются задачи энергоснабжения небольших жилых районов или производств. Независимость таких ТЭЦ от централизованных систем (типа РАО ЕЭС) повышает надежность и устойчивость их функционирования.

Весьма разнообразные по конструктивному выполнению поршневые ДВС способны обеспечивать очень широкий интервал мощностей — от очень малых (двигатель для авиамоделей) до очень больших (двигатель для океанских танкеров).

С основами устройства и принципом действия поршневых ДВС мы неоднократно знакомились, начиная от школьного курса физики и кончая курсом «Техническая термодинамика». И все же, чтобы закрепить и углубить знания, рассмотрим очень кратко еще раз этот вопрос.

На рис. 6.1 приведена схема устройства двигателя. Как известно, сжигание топлива в ДВС осуществляется непосредственно в рабочем теле. В поршневых ДВС такое сжигание проводится в рабочем цилиндре 1 с движущимся в нем поршнем 6. Образующиеся в результате сгорания дымовые газы толкают поршень, заставляя его совершать полезную работу. Поступательное движение поршня с помощью шатуна 7 и коленчатого вала 9 преобразуется во вращательное, более удобное для использования. Коленчатый вал располагается в картере п = ? • п / 30 — на тихоходные и быстроходные (й?„ > 9 м/с).

  • 6. По давлению воздуха в начале сжатия — на обычные и с наддувом при помощи приводных воздуходувок.
  • 7. По использованию тепла выхлопных газов — на обычные (без использования этого тепла), с турбонаддувом и комбинированные. У машин с турбонаддувом выпускные клапаны открываются несколько раньше обычного и дымовые газы с более высоким давлением, чем обычно, направляются в импульсную турбину, которая приводит в действие турбокомпрессор, подающий воздух в цилиндры. Это позволяет сжигать в цилиндре больше топлива, улучшая и КПД, и технические характеристики машины. У комбинированных ДВС поршневая часть служит во многом генератором газа и вырабатывает только

    50—60% мощности машины. Остальную часть общей мощности получают от газовой турбины, работающей на дымовых газах. Для этого дымовые газы при высоком давлении р и температуре / направляются в турбину, вал которой с помощью зубчатой передачи или гидромуфты передает получаемую мощность главному валу установки.

  • 8. По числу и расположению цилиндров двигатели бывают: одно-, двух- и многоцилиндровые, рядные, К-образные, .Т-образные.
  • Рассмотрим теперь реальный процесс современного четырехтактного дизеля. Четырехтактным его называют потому, что полный цикл здесь осуществляется за четыре полных хода поршня, хотя, как мы сейчас увидим, за это время осуществляется несколько больше реальных термодинамических процессов. Эти процессы наглядно представлены на рис 6.2.

    Рис. 6.2. Рабочие процессы четырехтактного поршневого ДВС:

    I — всасывание; II — сжатие; III — рабочий ход; IV — выталкивание

    Во время такта всасывания (1) всасывающий (впускной) клапан открывается за несколько градусов до верхней мертвой точки (ВМТ). Моменту открытия соответствует точка г на р— ^-диаграмме. При этом процесс всасывания происходит при движении поршня к нижней мертвой точке (НМТ) и идет при давлении рнс меньше атмосферного /;а (или давления наддува рн). При перемене направления движения поршня (от НМТ к ВМТ) впускной клапан закрывается тоже не сразу, а с определенным запаздыванием (в точке т). Далее при закрытых клапанах происходит сжатие рабочего тела (до точки с). В дизельных машинах всасывается и сжимается чистый воздух, а в карбюраторных — рабочая смесь воздуха с парами бензина. Этот ход поршня принято называть тактом сжатия (II).

    За несколько градусов угла поворота коленчатого вала до ВМТ в цилиндр впрыскивается через форсунку дизельное топливо, происходит его самовоспламенение, сгорание и расширение продуктов сгорания. В карбюраторных машинах рабочая смесь принудительно поджигается с помощью электрического искрового разряда.

    При сжатии воздуха и сравнительно малом теплообмене со стенками температура его значительно повышается, превышая температуру самовоспламенения топлива. Поэтому впрыснутое мелко распыленное топливо очень быстро прогревается, испаряется и загорается. В результате сгорания топлива давление в цилиндре сначала резко, а затем, когда поршень начинает свой путь к НМТ, с уменьшающимся темпом увеличивается до максимума, а затем по мере сгорания последних порций топлива, поступившего при впрыскивании, даже начинает уменьшаться (из-за интенсивного роста объема цилиндра). Будем считать условно, что в точке с’ процесс горения заканчивается. Далее следует процесс расширения дымовых газов, когда сила их давления перемещает поршень к НМТ. Третий ход поршня, включающий процессы сгорания и расширения, называют рабочим ходом (III), ибо только в это время двигатель совершает полезную работу. Эту работу аккумулируют с помощью маховика и отдают потребителю. Часть аккумулированной работы расходуется при совершении остальных трех тактов.

    Когда поршень приближается к НМТ, с некоторым опережением открывается выпускной клапан (точка Ь) и отработанные дымовые газы устремляются в выхлопную трубу, а давление в цилиндре резко падает почти до атмосферного. При ходе поршня к ВМТ происходит выталкивание дымовых газов из цилиндра (IV — выталкивание). Поскольку выпускной тракт двигателя обладает определенным гидравлическим сопротивлением, давление в цилиндре во время этого процесса остается выше атмосферного. Выпускной клапан закрывается позже прохождения ВМТ (точка п), гак что в каждом цикле возникает ситуация, когда одновременно открыты и впускной, и выпускной клапаны (говорят о перекрытии клапанов). Это позволяет лучше очистить рабочий цилиндр от продуктов сгорания, в результате увеличивается эффективность и полнота сгорания топлива.

    По-другому организуется цикл у двухтактных машин (рис. 6.3). Обычно это двигатели с наддувом, и для этого они, как правило, имеют приводную воздуходувку или турбокомпрессор 2, который во время работы двигателя нагнетает воздух в воздушный ресивер 8.

    Рабочий цилиндр двухтактного двигателя всегда имеет продувочные окна 9, через которые воздух из ресивера попадает в цилиндр, когда поршень, проходя к НМТ, начнет открывать их все больше и больше.

    За первый ход поршня, который принято называть рабочим ходом, в цилиндре двигателя происходит сгорание впрыснутого топлива и расширение продуктов сгорания. Эти процессы на индикаторной диаграмме (рис. 6.3, а) отражены линией с — I — т. В точке т открываются выпускные клапаны и под действием избыточного давления дымовые газы устремляются в выпускной тракт 6, в резуль-

    Рис. 6.3. Схемы устройства и работы двухтактного дизеля с прямоточной клапанно-щелевой продувкой:

    1 — всасывающий патрубок; 2 — воздуходувка (или турбокомпрессор); 3 — поршень; 4 — выпускные клапаны; 5 — форсунка; 6 — выпускной тракт; 7 — рабочий

    цилиндр; 8 — воздушный ресивер; 9— продувочные окна

    тате давление в цилиндре заметно падает (точка п). Когда поршень опускается настолько, что начинают открываться продувочные окна, в цилиндр устремляется сжатый воздух из ресивера 8, выталкивая из цилиндра остатки дымовых газов. При этом рабочий объем продолжает увеличиваться, а давление в цилиндре уменьшается практически до давления в ресивере.

    Когда направление движения поршня меняется на противоположное, процесс продувки цилиндра продолжается до тех пор, пока продувочные окна остаются хотя бы частично открытыми. В точке к (рис. 6.3, б) поршень полностью перекрывает продувочные окна и начинается сжатие очередной порции воздуха, попавшего в цилиндр. За несколько градусов до ВМТ (в точке с’) начинается впрыск топлива через форсунку, а далее происходят описанные ранее процессы, приводящие к воспламенению и сгоранию топлива.

    На рис. 6.4 приведены схемы, поясняющие конструктивное устройство других типов двухтактных двигателей. В целом рабочий цикл у всех этих машин аналогичен описанному, а конструктивные особенности во многом сказываются только на продолжительности

    Рис. 6.4. Схемы организации газообмена у двухтактных двигателей:

    а — петлевая щелевая продувка; 6 — прямоточная продувка с противоположно движущимися поршнями; в — кривошипно-камерная продувка

    отдельных процессов и, как следствие, на технико-экономических характеристиках двигателя.

    В заключение следует отметить, что двухтактные двигатели теоретически позволяют при прочих равных условиях получать вдвое большую мощность, однако в действительности из-за худших условий очистки цилиндра и сравнительно больших внутренних потерь этот выигрыш несколько меньше.

    КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

    Двигатель внутреннего сгорания-это устройство, которое преобразует химическую энергию сгорающего топлива в тепловую, а тепловую в механическую работу. Такие двигатели классифицируют1.По назначению (тракторные, автомобильные, комбайновые, стационарные и специальные) 2. По виду применяемого топлива(работающие на дизельном топливе, работающие на бензинах, работающие на газообразном топливе.) 3 по способу осуществления рабочего процесса, (двухтактные, четырехтактные). 4 по числу цилиндров (одноцилиндровые и многоцилиндровые). 5 по расположению цилиндров (рядные и V-образные). 6 по способу смесеобразования( с внешним- бензиновые и газовые и с внутренним смесеобразованием дизельные).7. по способу воспламенения горючей смеси ( с воспламенением от сжатия- дизельные двигатели и с принудительным воспламенением – бензиновые и газовые двигатели).8. по охлаждению ( с жидкостным охлаждением и воздушным охлаждением ).Горючая смесь – это смесь, состоящая из воздуха и распыленного в нем топлива в требуемой пропорции. В карбюраторном двигателе топливо с воздухом смешивается в специальном приборе- карбюраторе и горючая смесь воспламеняется от электрической искры. Такие двигатели устанавливают, на грузовых автомобилях небольшой грузоподъемности, легковых автомобилях, бензопилах и других агрегатах. В дизельном двигателе горючая смесь образуется внутри цилиндра и самовоспламеняется от высокой температуры сжатого воздуха. Их применяют в качестве силовых агрегатов на тракторах, легковых и грузовых автомобилях, самоходных с/х машинах.

    РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ.

    Рабочий процесс- комплекс последовательных процессов, таких как впуск, сжатие, сгорание, расширение, выпуск, периодически повторяющихся в каждом цилиндре. Такт- это процесс (часть цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, у которого рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, называется четырехтактным. Один ход поршня соответствует повороту коленчатого вала двигателя на 180 градусов. Рабочий процесс четырехтактного дизельного двигателя протекает следующим образом. В такте впуска через открытый впускной клапан происходит заполнение цилиндра свежим воздухом, поршень движется вниз. Во втором такте происходит резкое сжатие поступившего воздуха, при этом впускной и выпускной клапаны закрыты. В конце такте сжатия температура воздуха повышается до 600*С.В этот момент через форсунку впрыскивается порция топлива в мелкораспыленном состоянии. Частицы топлива, соприкасаясь с раскаленным воздухом, воспламеняются и начинают гореть. В третьем такте под большим давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз, совершается полезная работа. Оба клапана закрыты. В четвертом такте при открытом выпускном клапане происходит выпуск отработанных газов, при этом поршень движется вверх. Далее рабочий процесс повторяется.

    Читайте также  Деревообрабатывающий станок с самым мощным двигателем

    РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ЧЕТЫХТАКТНОГО БЕНЗИНОВОГО КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ.

    Рабочий процесс четырехтактного одноцилиндрового бензинового( карбюраторного ) отличается тем, что в такте впуска в цилиндр двигателя поступает не свежий воздух, а горючая смесь ( бензин с воздухом ), приготовленная в карбюраторе, которая воспламеняется в конце такта сжатия от электрической искры, возникающей между электродами исковой свечи зажигания. Устройство впускное и выпускное окна цилиндра, поршень, искровая свеча, зажигания, продувочный канал, кривошипная камера , шатун, колесный вал, цилиндр.

    РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДВУХТАКТНОГОИБЕНЗИННОВОГО КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ.

    Рабочий процесс двухтактных бензиновых (пусковых ) двигателей протекает за один оборот коленчатого вала. У таких двигателей отсутствуют клапаны. Впуск горючей смеси и выпуск отработанных газов осуществляется через окна, расположенные в цилиндре, которые открываются и закрываются движущимся поршнем. При движении поршня вверх происходит сжатие предварительно поступившей в цилиндр горючей смеси, при этом одновременно в подпоршневое пространство ( кривошипную камеру ) поступает из карбюратора свежая горючая смесь. В конце первого такта происходит воспламенение горючей смеси. Во втором такте расширяющиеся газы давят на поршень. В конце такта поршень открывает выпускное и продувочное окна. При этом отработанные газы выталкиваются из цилиндра горючей смесью поступающей из кривошипной камеры через продувочные окна в надпоршневое пространство, при этом горючая смесь частично уходит вместе с отработанными газами. Далее процес повторяется.

    СИСТЕМЫ И МЕХАНИЗМИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННОГО СГОРАНИЯ.

    Не зависимо от конструкции двигатель состоит из следующих основных частей.1.остров (картер или блок-картер )2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)3.газораспределительный механизм (ГРМ) 4.система питания. 5. Система охлаждения . 6.система смазки. 7. Система зажигания (для бензинового двигателя).8. система пуска.

    НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СБОРОЧНЫЕ ЕДИНИЦЫ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЕЙ.

    КШМ предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Цилиндр , поршень, поршневые кольца, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, маховик, подшипники.

    НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СБОРОЧНЫЕ ЕДИНИЦЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЕЙ.

    ГРМ предназначен для своевременного впуска свежего воздуха или горючей смеси и выпуска отработанных газов из цилиндров двигателя посредством открытия и закрытия клапанов . Кулачковый распределительный вал, толкатель, штанга, ось коромысла, коромысло, пружина, клапан.

    НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СБОРОЧНЫЕ ЕДИНИЦЫ ЖИДКОСТНОЙ И ВОЗДУШНОЙ СИСТЕМ ОХЛОЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ.

    Система охлаждения предназначена для отвода излишней теплоты от нагревающихся частей двигателя.1. жидкосная.2. воздушная. Радиатор, вентилятор, жидкостный насос, клапан-термостат, водяная рубашка, воздуховод, оребренная поверхность цилиндров.

    НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СБОРОЧНЫЕ ЕДИНИЦЫ СИСТЕМЫ СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЕЙ.

    Система смазки предназначена для смазывания трущихся поверхностей, частичного их охлаждения и вывода из двигателя продуктов сгорания и износа. Масляный резервуар (поддон) ,2.масляный заборник с сеткой.3.масляный насос.4.масляный филтр.5.масляный радиатор.

    НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СБОРОЧНЫЕ ЕДИНЫЦЫ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

    Система питания предназначенная для подачи в цилиндры двигателя воздуха и топлива по отдельности или уже готовой горючей в нужном количестве и качестве.1.топливный бак.2.топливный фильтр.3.топливный насос.4.рычаг регулировки подачи топлива.5.форсунка.6.воздушный фильтр.7.топливопровод.

    НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СБОРОЧНЫЕ ЕДИНИЦЫ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЛЕЙ.

    Система питания предназначенная для подачи в цилиндры двигателя воздуха и топлива по отдельности или уже готовой горючей в нужном количестве и качестве.1.Бензиновый бак.2.фильтр.3.насос.4.карбюратор.5.воздушный фильтр.6.засланка регулирования подачи горючей смеси.7.топливопровод.

    КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАКТОРОВ.

    По тяговому класу.1….. 0,2;0.6;0,9;1,4;2,0;3,0;4,0;5,0;6,0………2, 6, 9, 4, 20Кн,30Кн, 40Кн, 50Кн, 60Кн. 2….Самое первое происхождение :Гусеничные, полу гусеничные, колёсные По типу остов: Равные, Полу равные, Без равные Общее назначение: Универс – пропалин, специальные Специальные: Горные, Болотоходные, Мелиоративные

    ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТРАКТОРОВ

    Двигатель, ходовая часть, трансмиссия, механизм управления, рабочее и вспомогательное оборудование

    Трансмиссия предназначена для передачи вращения от двигателя к ведущим колесам, изменения их частоты и направления движения. В состав трансмиссии входят, муфта сцепления, промежуточное соединение коробка перемены передач, главная передача, дифференциал и конечные передачи. Главная передача, дифференциал и конечные передачи находятся в одном корпусе, который называется мостом трактора. Промежуточное соединение, коробка перемены передач, задний мост.а) главная передача, б)дифференциал, в)конечная передача, г)блокировочная мощности, е)тормозные механизмы трактора, муфта сцепления, маховик двигателя. Механизмы управления служат для изменения направления движения трактора, его остановки и удержания в неподвижном состоянии. Сюда относят рулевой и тормозную систему. Схема рулевого управления, поворотная цапфа, рычаг, поперечная тяга, балка, гидроцилиндр, дозатор, насос, масляный бак, рулевое колесо. Ходовая часть служит для преобразования вращательного движения колес или гусениц в поступательное движения трактора. Устройство: натяжной механизм гусеничной цепи, поддерживающий ролик, опорные катки, гусеничная цепь, ведущая звездочка. Рабочее оборудование предназначено для использования мощности двигателя при выполнении различных с/х работ. К рабочему оборудованию относятся ВОМ, прицепное устройство, гидравлическая и навесная система. Вспомогательное оборудование – это кабина с подрессоренным сидением, отопитель, кондиционер, обшивка.

    ТРАНСМИССИЯ ТРАКТОРОВ

    Трансмиссия предназначена для передачи вращения от двигателя к ведущим колесам, изменения их частоты и направления движения. В состав трансмиссии входят, муфта сцепления, промежуточное соединение коробка перемены передач, главная передача, дифференциал и конечные передачи. Главная передача, дифференциал и конечные передачи находятся в одном корпусе, который называется мостом трактора. Промежуточное соединение, коробка перемены передач, задний мост.а) главная передача, б)дифференциал, в)конечная передача, г)блокировочная мощности, е)тормозные механизмы трактора, муфта сцепления, маховик двигателя.

    Классификация, устройство и принцип работы двигателей внутреннего сгорания

    Классификация двигателей внутреннего сгорания

    Двигатели внутреннего сгорания могут быть классифицированы по следующим признакам:

    • 1) по числу тактов за рабочий цикл — четырех- и двухтактные. В четырехтактных двигателях рабочий цикл совершается за четыре хода поршня
    • (такта), или за два оборота коленчатого вала, а в двухтактных — за два хода поршня, или один оборот коленчатого вала;
    • 2) по термодинамическому циклу — двигатели с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторные и газовые), с подводом теплоты при постоянном давлении (компрессорные дизели), со смешанным подводом тепла: частично при постоянном объеме и частично при постоянном давлении (бескомпрессорные дизели);
    • 3) по способу смесеобразования — двигатели с внешним смесеобразованием, в которых рабочая смесь образуется вне цилиндра с помощью карбюратора (карбюраторные двигатели) или смесителя (газовые двигатели), и с внутренним смесеобразованием, в которых рабочая смесь образуется внутри цилиндра распыливанием топлива в камере сгорания (дизели);
    • 4) по способу воспламенения рабочей смеси — двигатели с воспламенением смеси от постороннего источника — электрической свечи (карбюраторные и газовые) и двигатели с воспламенением смеси от сжатия (дизели);
    • 5) по роду применяемого топлива — двигатели, работающие на легком топливе (бензин, лигроин, керосин), на тяжелом топливе (дизельное топлив, моторное топливо, газойль), на газообразном топливе (природный и генераторный газ);
    • 6) по быстроходности — тихоходные и быстроходные. Показателем быстроходности двигателя является средняя скорость поршня Ст

    где S — ход поршня, м; п — частота вращения коленчатого вала, об/мин.

    За один оборот поршень совершает 2п ходов, г.е.

    При Ст 6,5 м/с — б ыстрохо д н ы м и;

    • 7) по частоте вращения коленчатого вала — малооборотные (до 250 об/мин), повышенной оборотности (250—750 об/мин), среднеоборотные (750— 1500 об/мин), высокооборотные (свыше 1500 об/мин);
    • 8) по числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырехцилиндровые и т.д.);
    • 9) по расположению цилиндров — двигатели с однорядным вертикальным, V- и W-образным расположением цилиндров и т.п. (рис. 16.1);
    • 10) по конструкции поршня — тронковые и крейцкопфные (рис. 16.2).

    Поршень в тронковых двигателях (рис. 16.2, а) непосредственно соединен с шатуном, и его нижняя тронковая часть служит ползуном, передающим давление поршня на стенки цилиндра. В крейцкопфных двигателях (рис. 16.2, 6) поршень посажен на шток 1, соединенный со специальным ползуном (крейцкопфом) 2. Последний перемещается по направляющим 3, которые воспринимают боковое давление.

    Рис. 16.1. Схемы двигателей:

    а — однорядные; б — V-образные; в — сдвоенные, с параллельным расположением рядов; г — звездообразные; д — с противоположно движущимися поршнями; е — Д-образные

    Рис. 16.2. Схемы ДВС:

    а — тронкового; б — крейцкопфного: 1 — шток; 2 — ползун (крейцкопф); 3 — направляющие

    К преимуществам тронкового двигателя относятся меньшая высота и меньший вес подвижных деталей, что особенно важно для быстроходных двигателей. Недостатком двигателей такого типа является сильный эллиптический износ цилиндра;

    • 11) по наличию устройства, изменяющего направление вращения коленчатого вала, — реверсивные и нереверсивные;
    • 12) по назначению — автомобильные, тракторные, тепловозные, судовые, стационарные и т.д. Специально для подъемно-транспортных машин ДВС не выпускают.

    По ГОСТ Р 53638—2009 каждому типу двигателя присваивается условное обозначение Входящие в него буквы означают: Ч — четырехтактный; Д — двухтактный; Р — реверсивный (отсутствие буквы Р указывает на то, что двигатель нереверсивный); С — судовой с реверсивной муфтой; II — с редукторной передачей; Н — с наддувом.

    Цифры, стоящие перед буквами, указывают число цилиндров, а после них — диаметр цилиндра (в числителе) и ход поршня (в знаменателе) в сантиметрах. Например, марка двигателя 6ЧРП 25/34 расшифровывается так: шестицилиндровый четырехтактный реверсивный с редукторной передачей с диаметром цилиндра 25 см и ходом поршня 34 см.

    Читайте также  Двигатель для садового измельчителя

    Классификация двигателей внутреннего сгорания

    Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по различным признакам.

    а)стационарные, которые применяются на электростанции малой и средней мощности, для привода насосных установок, в сельском хозяйстве и т. п.

    б)транспортные, устанавливаемые на автомобилях, тракто рах, самолетах, судах, локомотивах и других транспортных машинах.

    2.По роду применяемого топлива различают двигатели, работающиена:

    а) легком жидком топливе (бензине, бензоле, керосине, лигроинеиспирте);

    Предлагаемая классификация распространяется на двигатели внутреннего сгорания, широко применяемые в народном хозяйстве. Специальные двигатели (реактивные, ракетные и др.) в данном случае не рассматриваются.

    б)тяжелом жидком топливе (мазуте, соляровом масле, дизельном топливе игазойле);

    в)газовом топливе (генераторном, природном и других газах);

    г)смешанном топливе; основным топливом является газ, а для пуска двигателя используется жидкое топливо;

    д)различных топливах (бензине, керосине, дизельном топливе и др.) — многотопливные двигатели.

    3.По способу преобразования тепловой энергии в механическуюразличаютдвигатели:

    а)поршневые, в которых процесс сгорания и превращения тепловой энергии в механическую совершается в цилиндре;

    б)газотурбинные, в которых процесс сгорания топлива совершается в специальной камере сгорания, а превращение теп
    ловой энергии в механическую происходит на лопатках колеса газовой турбины;

    в)комбинированные, в которых процесс сгорания топлива происходит в поршневом двигателе, являющемся генератором газа, а превращение тепловой энергии в механическую совершается частично в цилиндре поршневого двигателя, а частичнона лопатках колеса газовой турбины (свободнопоршневые генераторы газов, турбопоршневые двигатели и т. п.).

    4.По способу смесеобразования различают поршневые двигатели:

    а) с внешним смесеобразованием, когда горючая смесь образуется вне цилиндра; по такому способу работают все карбюраторные и газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускную трубу;

    б) с внутренним смесеобразованием, когда в процессе впуска в цилиндр поступает только воздух, а рабочая смесь образуется внутри цилиндра; по такому способу работают дизели, двигатели с искровым зажиганием и впрыском топлива в цилиндр и газовые двигатели с подачей газа в цилиндр в начале процесса сжатия.

    5.По способу воспламенения рабочей смеси различают:

    а)двигатели с воспламенением рабочей смеси от электрической искры(с искровым зажиганием);

    б)двигатели с воспламенением от сжатия (дизели);

    в)двигатели с форкамерно-факельным зажиганием, в которых воспламенение смеси искрой осуществляется в специальной камере сгорания небольшого объема, а дальнейшее развитие процесса горения происходит в основной камере.

    г)двигатели с воспламенением газового топлива от небольшой порции дизельного топлива, воспламеняющегося от сжатия, —
    газожидкостный процесс.

    6.По способу осуществления рабочего цикла поршневые
    двигателиделятсяна:

    а) четырехтактные без наддува (впуск воздуха из атмосферы) и с наддувом (впуск свежего заряда под давлением);

    б) двухтактные — без наддува и с наддувом. Различают наддув с приводом компрессора от газовой турбины, работающей на отработавших газах (газотурбинный наддув); наддув от компрессора, механически связанного с двигателем, и наддув от компрессоров, один из которых приводится в действие газовой турбиной, а другой — двигателем.

    7.По способу регулирования при изменении нагрузки раз
    личают:

    а)двигатели с качественным регулированием, когда в связи с изменением нагрузки меняется состав смеси путем увеличения илиуменьшенияколичествавводимоговдвигательтоплива;

    б)двигатели с количественным регулированием, когда при изменении нагрузки состав смеси остается постоянным и меняется только ее количество;

    в)двигатели со смешанным регулированием, когда в зависимости от нагрузки изменяются количество и состав смеси.

    а)поршневые двигатели,которые,в свою очередь,делятся:
    по расположению цилиндров на вертикальные рядные, горизонтальные рядные, V-образные, звездообразные и с противолеащимицилиндрами;

    по расположению поршней на однопоршневые (в каждом цилиндре имеется один поршень и одна рабочая полость), с противоположно движущимися поршнями (рабочая полость расположена между двумя поршнями, движущимися в одном цилиндре в противоположные стороны), двойного действия (по обе стороны поршня имеются рабочие полости);

    б)роторно-поршневые двигатели, которые могут быть трех типов:

    ротор (поршень) совершает планетарное движение в корпусе; при движении ротора между ним и стенками корпуса образуются камеры переменного объема, в которых совершается цикл; эта схема получила преимущественное применение;

    корпус совершает планетарное движение, а поршень неподвижен;

    ротор и корпус совершают вращательное движение — биро-торныйдвигатель.

    9. По способу охлаждения различают двигатели:

    а)с жидкостным охлаждением;

    На автомобилях устанавливают поршневые двигатели с воспламенением от искры (карбюраторные, газовые, с впрыском топлива) и с воспламенением от сжатия (дизели). На некоторых опытных автомобилях применяют газотурбинные, а также роторно-поршневые двигатели.

    Классификация двигателей внутреннего сгорания

    По способу осуществления рабочего цикла

    Классификация

    Любой двигатель внутреннего сгорания основан на принципе использования повторяющегося рабочего цикла, за который происходит превращение энергии топлива в кинетическую энергию, заставляющую механизм работать. По особенностям данного цикла можно выделить несколько категорий двигателей.

    • Двухтактные модели. Весь рабочий цикл состоит всего из двух тактов или точек, которые проходит поршень под действием давления, вызываемого сгоранием топлива.
    • Четырёхтактные модели. Принцип работы представленных моделей отличается тем, что цикл представляет собой повторение четырёх действий поршня.
    • С наддувом и без него. Существуют варианты с дополнительной системой увеличения давления в рабочей части, а также модели без данной функции.

    По способу воспламенения топлива

    Классификация

    Поскольку от способа возгорания топлива зависит качество работы механизма, были разработаны различные варианты, среди которых можно выделить следующие:

    • С принудительным зажиганием. Такой двигатель имеет в своей конструкции специальный механизм, воспламеняющий топливо.
    • С воспламенением от сжатия. В данной модификации топливная смесь загорается самостоятельно под действием высокого давления в камере.

    По способу образования топливной смеси

    Классификация

    Перед началом цикла в двигатель должна попасть топливная смесь, подготовленная к использованию. В связи с этим существуют различные варианты образования топливной смеси.

    • С внешним образованием. Такие модели подразумевают подготовку топлива перед входом в основную часть, горючая смесь смешивается с воздухом и по специальным трубкам попадает в двигатель.
    • Система с внутренним образованием подразумевает поступление в камеру цилиндра топлива и воздуха по отдельным трубкам. Только после их поступления происходит подготовка смеси.

    По способу охлаждения

    Классификация

    Чтобы во время работы двигатель не сломался от перегрева, были придуманы специальные охлаждающие системы. В настоящее время известны следующие модификации:

    • С жидкостной системой охлаждения. Здесь за основу берётся жидкость, которая циркулирует вокруг основных элементов, охлаждая их.
    • С воздушным способом охлаждения. Наиболее простым в эксплуатации является именно этот вариант, поскольку охлаждение в представленных моделях осуществляется за счёт циркуляции воздуха.

    По расположению цилиндров

    Классификация

    Поскольку одним из ключевых компонентов в двигателях являются цилиндры, различают несколько модификаций механизмов по их расположению.

    • С расположенными в один ряд цилиндрами конструкции представляют собой наиболее простую конфигурацию устройства.
    • Цилиндры, расположенные в два ряда с различным углом наклона, являются более сложной системой по сравнению со своим предшественником.
    • От трёх и более цилиндров, расположенных в несколько рядов. Подобные системы используются в сложных конструкциях и установках, требующих высокой производительности.

    По основному предназначению

    Классификация

    В современном мире область применения ДВС очень обширна, однако, основное разделение по назначению предоставлено ниже:

    • Стационарные двигатели применяются на стройках и крупных промышленных объектах. Они чаще всего крепятся к фундаменту и выполняют роль подъёмников.
    • Транспортные двигатели чаще всего используются в движущихся объектах, устройствах и изобретениях. Наиболее привычным примером является машина, автобус, корабль, самолёт.

    Разновидности двигателей по типу

    Классификация

    Существуют и другие классификации ДВС, среди которых есть деление по определённому типу модификации механизма.

    • Поршневые модели работают за счёт поступательных движений поршней, расположенных внутри конструкции.
    • Карбюраторные модели подразумевают использование внешнего способа образования смеси при прохождении через карбюратор.
    • Дизельные двигатели отличаются прежде всего тем, что работают на более тяжёлом топливе по сравнению с бензиновыми вариантами.
    • Инжекторные двигатели являются наиболее распространённым вариантом с установленной автоматической системой впрыска топлива.
    • Роторно-поршневые варианты осуществляют работу по преобразованию энергии за счёт действия газов на роторную конструкцию.
    • Газотурбинные варианты используют принцип преобразования поступающей энергии за счёт ротора с особой конфигурацией.

    Akagi › Блог › Типы двигателей

    Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.

    Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

    • впуск воздуха или его смеси с топливом;
    • сжатие рабочей смеси,
    • рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
    • выпуск отработавших газов.

    Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

    Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

    • в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
    • в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
    • двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

    Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — «тяговиты на низах»).

    Читайте также  Принцип работы ТНВД бензинового двигателя

    Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

    • большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
    • большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
    • меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

    Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.

    Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

    Компоновка поршневых двигателей

    Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

    Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

    V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

    Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

    VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

    W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

    Конструктивные параметры двигателей

    Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами (рис. 2), практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

    Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.

    Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.

    Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

    Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.

    Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.

    Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

    Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

    Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

    Крутящий момент увеличивается с ростом:
    рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
    давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется «стуком поршневых пальцев») или ростом нагрузок в дизелях.

    Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

    Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

    Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
    рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
    оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
    давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

    Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

    Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

    При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

    Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

    Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

    Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

    Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

    Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

    Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.