Назначение и классификация двигателей внутреннего сгорания

Назначение и классификация двигателей

Двигатель — источник энергии, преобразующейся в механическую работу, обеспечивающую движение автомобиля.

Требования предъявляемые к двигателям:

• низкий уровень шума;
• соответствие требованиям международных норм по токсичности отработавших газов;
• высокая экономичность;
• компактность;
• простота и безопасность в обслуживании;
• высокие мощностью показатели.

Двигатели внутреннего сгорания могут быть классифицированы по следующим признакам:

• по применяемому топливу — двигатели, работающие на жидком топливе, газовые и газожидкостные;
• по способу смесеобразования — с внешним и внутренним смесеобразованием;
• по способу подачи топлива — с карбюрацией, под давлением впрыска (моновпрыск, центральный, многоточечный);
• по способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные;
• по способу воспламенения горючей смеси — с самовоспламенением от сжатия и с принудительным воспламенением от электрической искры;
• по способу наполнения рабочего цилиндра — двигатели без наддува и с наддувом;
• по числу цилиндров;
• по расположению цилиндров — рядные V- и W-образные, а также вертикальные, с наклоном, горизонтальные, оппозитные;
• по способу охлаждения — с жидкостным и воздушным охлаждением;
• по степени быстроходности — тихоходные (со средней скоростью поршня до 10 м/с) и быстроходные (со средней скоростью поршня выше 10 м/с).

Устройство и основные параметры двигателя

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих механизмов и систем:

• кривошипно-шатунный механизм (КШМ);
• газораспределительный механизм (ГРМ);
• система охлаждения;
• смазочная система;
• система питания;
• система зажигания (в карбюраторном двигателе);
• система электрического пуска двигателя.

В поршневом ДВС (рис. 1) преобразование энергии происходит в замкнутом объеме, который образован цилиндром, крышкой (головкой) цилиндра и поршнем. В карбюраторном двигателе горючая смесь вводится в цилиндр через впускной клапан, смешиваясь с остатками отработавших газов — образует рабочую смесь, которая сжимается поршнем и воспламеняется. Образовавшиеся при сгорании газы перемещают поршень, который через шатун передает усилие на кривошип коленчатого вала, поворачивая его вокруг оси. Отработавшие газы вытесняются при обратном движении поршня через выпускной клапан. Таким образом, тепловая энергия преобразуется в механическую, а возвратно-поступательное движение — во вращательное как наиболее удобный для трансформации вид движения.

Рис. 1. Схема четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5 — штанга; 6 — впускной клапан; 7 — коромысло; 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — поршневые кольца; 11—

шатун; 12 — коленчатый вал; 13 — поддон

При вращении коленчатого вала поршень дважды за один оборот останавливается и меняет направление движения.

Основные параметры двигателей

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня (рис. 2).

Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня.

Радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки.

Ход поршня S — расстояние между крайними положениями поршня, равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота).

Рис. 2. Основные положения кривошипно-шатунного механизма: а — ВМТ; б — НМТ; V_c — объем камеры сгорания; V/, — рабочий объем цилиндра; D — диаметр цилиндра; S — ход поршня

Ход поршня S и диаметр D цилиндра обычно определяют размеры двигателя.

Такт — часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня.

Объем камеры сгорания — объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра — объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ.

Полный объем цилиндра — объем пространства над поршнем при нахождении его в НМТ. Очевидно, что полный объем цилиндра равен сумме рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания.

Степень сжатия ? — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Индикаторная мощность N, — мощность, развиваемая газами в цилиндре.

Эффективная (действительная) мощность N_e — мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Эффективная мощность N_e меньше индикаторной N,, так как часть последней затрачивается на трение и на приведение в движение вспомогательных механизмов. Эта мощность называется мощностью механических потерь N_M.

Механический КПД (коэффициент полезного действия) двигателя г)_м — отношение эффективной мощности к индикаторной:

Индикаторный КПД ц, представляет собой отношение теплоты Q„ эквивалентной индикаторной работе, ко всей теплоте Q, введенной в двигатель с топливом.

Эффективный КПД г_е — отношение количества теплоты Q₂, превращенного в механическую работу на валу двигателя, ко всему количеству теплоты Q|, подведенному в процессе работы.

Среднее эффективное давление р_е — произведение среднего индикаторного давления /?, (давление, действующее на поршень в течение одного хода поршня) на механический КПД ц_м.

Удельный индикаторный расход топлива q_t — количество топлива, расходуемого в двигателе для получения в течение 1 ч индикаторной мощности 1 кВт.

Удельный эффективный расход топлива g_e — количество топлива, которое расходуется в двигателе для получения в течение 1 ч 1 кВт эффективной мощности.

Классификация и назначение ДВС

Как известно, на сегодняшний день существует большое количество различных типов двигателей внутреннего сгорания. Указанные типы силовых агрегатов являются источником энергии для транспортных средств, механизмов и агрегатов, а также отличаются по производительности, конструкции, по назначению и т.д.

В наших предыдущих статьях мы уже рассматривали всевозможные виды двигателей, которые устанавливаются на автомобили. Далее мы намерены поговорить о том, какая существует классификация двигателей внутреннего сгорания.

Общая классификация двигателей

Начнем с того, что двигатели внутреннего сгорания классифицируют по ряду признаков и особенностей. Прежде всего, силовые установки отличаются по своему назначению. ДВС бывают:

стационарного типа;
двигатели на транспорте;

Также силовые установки отличаются по типу используемого топлива. Двигатели могут работать на:

жидком и легком топливе (бензин, дизтопливо, спирт);
жидком тяжелом топливе (мазут, соляровое масло, газойль)
газовом топливе;
использовать горючее комбинированного типа, когда в двигателе одновременно используется жидкое топливо и газ (например, газодизель);
применяется сразу несколько видов топлива для многотопливного ДВС (агрегат работает как на бензине, так и на керосине и т.д.);

Также двигатели внутреннего сгорания можно разделить по тому, как реализовано преобразование тепловой энергии в результате сжигания топлива в механическую полезную работу. Двигатели бывают:

поршневыми ДВС (сгорание и преобразование тепловой энергии в механическую работу происходит в цилиндре двигателя;
газотурбинные двигатели (в таких двигателях топливо сгорает в особой камере сгорания, после тепловая энергия преобразуется в механическую на лопатках турбинного колеса;
двигатели комбинированного типа, в которых топливо сгорает в цилиндрах поршневого двигателя, при этом такой двигатель является генератором газа. Это значит, что тепловая энергия только частично превращается в механическую в цилиндре, а также частично преобразование происходит на лопатках турбинного колеса (например, турбопоршневой двигатель).

Еще двигатели внутреннего сгорания отличаются по способу смесеобразования. Силовые агрегаты бывают:

моторы с внешним смесеобразованием (рабочая смесь образуется не в цилиндре). Если просто, это карбюраторные бензиновые и газовые двигатели, а также инжекторные двигатели с впрыском топлива во впускной коллектор.
установки с внутренним смесеобразованием (на такте впуска в цилиндр отдельно подается воздух, затем прямо в камеру сгорания впрыскивается топливо, а рабочая смесь образуется уже в самом цилиндре). Такое смесеобразование происходит в дизельных двигателях, в бензиновых установках с искровой системой зажигания и газовых двигателях, где реализована подача горючего в цилиндр перед началом сжатия.

Также двигатели классифицируют и по способу воспламенения рабочей топливно-воздушной смеси. Смесь может воспламеняться:

от внешнего источника, которым выступает электрическая искра на свече зажигания;
от сжатия, где смесь воспламеняется от высоких температур во время сильного сжатия воздуха и топлива в цилиндре (например, дизельный ДВС);
агрегаты с форкамерно-факельным зажиганием. В таких форкамерных моторах имеется две камеры сгорания. В первой (малой) камере смесь воспламеняется от искры, затем дальнейшее воспламенение основного заряда в основной (большой) камере происходит благодаря распространению фронта пламени из малой камеры.
двигатели, которые работают по принципу первичной подачи небольшого количества жидкого топлива (самовоспламеняется от сжатия), в результате чего удается поджечь и основной заряд, который состоит из газового топлива (газодизельный двигатель).

Что касается наддува, двигатели бывают компрессорными и турбированными, а также могут сразу иметь оба решения. Моторы с турбокомпрессором получают газовую турбину, которая работает благодаря воздействию отработавших газов.

Агрегаты с механическим компрессором конструктивно оснащены устройством, которое приводится в действие от двигателя, забирая у него часть энергии. Комбинированный тип предполагает, что двигатель одновременно имеет и турбокомпрессор, и механический нагнетатель.

Еще следует упомянуть различия по способу регулирования подачи топлива в цилиндры при изменении нагрузки. Существуют двигатели с регулированием смеси по:

качеству;
количеству;
смешанного типа;

В первом случае речь идет об изменении состава смеси с учетом нагрузок и режимов работы ДВС. Во втором случае состав не меняется, при этом подается только большее или меньшее количество. В двигателях со смешанным регулированием меняется как состав смеси, так и количество, что зависит от нагрузок на агрегат.

Напоследок отметим, что классификация автомобильных двигателей затрагивает поршневые ДВС (бензиновые, дизельные и газовые), карбюраторные и инжекторные, с внешним смесеобразованием или прямым впрыском топлива, с воспламенением от искры или с воспламенением от сжатия.

Также на некоторых авто можно встретить газотурбинные, форкамерные или роторно-поршневые двигатели, однако сегодня такие агрегаты нельзя назвать массовыми применительно к автоиндустрии.

Основные конструктивные отличия ДВС

Если говорить о главных отличиях в конструкции поршневых двигателей, различные силовые агрегаты делятся на рядные горизонтальные и вертикальны по расположению цилиндров. Также двигатели бывают V-образными, оппозитными и т.д.

Еще агрегаты бывают однопоршневыми двигателями, когда в одном цилиндре имеется один поршень и рабочая полость. При этом также встречаются ДВС, в которых поршни движутся противоположно в одном цилиндре, а рабочая полость находится между двумя поршнями. Также бывают моторы двойного действия, в которых по обеим сторонам от поршня имеются рабочие полости.

При этом существуют варианты роторного двигателя, где поршень-ротор не движется, а планетарное движение совершает корпус ДВС. Еще одной разновидностью можно считать агрегаты, в которых движется как корпус, так и сам ротор.

Что в итоге

Итак, выше были рассмотрены назначение и классификация двигателей внутреннего сгорания. При этом данная информация наглядно демонстрирует широчайшую сферу применения поршневых ДВС.

С учетом тех или иных особенностей конкретного типа ДВС такие агрегаты используются как на транспортных средствах, так и в качестве генераторов, устройств привода всевозможных агрегатов и механизмов.

Разновидности ДВС и принцип действия теплового двигателя. Рабочий цикл и такты, преимущества и недостатки. Основные и альтернативные виды топлива.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Список самых надежных бензиновых и дизельных моторов: 4-х цилиндровые силовые агрегаты, рядные 6-ти цилиндровые ДВС и V-образные силовые установки. Рейтинг.

Устройство и схема работы инжектора. Плюсы и минусы инжектора по сравнению с карбюратором. Часты неисправности инжекторных систем питания. Полезные советы.

Какие существуют самые маленькие двигатели внутреннего сгорания. Для чего используются миниатюрные ДВС. Самый маленький дизель в мире: особенности.

Особенности и отличия оппозитного двигателя от других поршневых ДВС. Преимущества оппозитного мотора, минусы данной конструкции, нюансы обслуживания.

Двигатели внутреннего сгорания: назначение, классификация, устройство

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) — это тип двигателя тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Несмотря на то, что ДВС относятся к относительно несовершенному типу тепловых машин (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость охлаждения и смазки, высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и т. д.), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы), ДВС очень широко распространены, — например, на транспорте.

Поршневые двигатели — камерой сгорания является цилиндр, где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

По назначению — делятся на транспортные, стационарные и специальные.

По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо).

По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор) и внутреннее у дизельного ДВС.

По способу воспламенения (искра или сжатие).

По числу и расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные, V-образные, VR-образные и W-образные двигатели.

Бензиновые карбюраторные. Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — ее гомогенизированность.

Бензиновые инжекторные. Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Существуют системы одноточечного и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осушествляется плунжерно — рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных же системах смесеобразование осуществляется под управлением электронного блока управления (ЭБУ) впрыском, управляющим электрическими бензиновыми вентилями.

Дизельные. Специальное дизельное топливо впрыскивается в определенный момент (не доходя до верхней мертвой точки) в цилиндр под высоким давлением через форсунку. Горючая смесь образуется непосредственно в цилиндре по мере впрыска топлива. Движение поршня внутрь цилиндра вызывает нагрев и последующее воспламенение топливовоздушной смеси (при этом коэффициент сжатия может достигать 15-21). КПД дизельного двигателя достигает 35% (до 44% при использовании турбонаддува). Дизельные двигатели являются низкооборотными и характеризуются высоким вращающим моментом на валу двигателя. Дополнительным преимуществом дизельного двигателя является то, что, в отличие от двигателей с принудительным зажиганием, он не нуждается в электричестве для работы (в автомобильных дизельных двигателях электрическая система используется только для запуска), и, как следствие, менее боится воды.

Газовые. Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях: смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

Сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150-200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.

Генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твёрдого топлива используются:

— уголь
— торф
— древесина

Газодизельные. Основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

Роторно-поршневой. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания — двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой (роторно-поршневой) и лопаточной машины (турбина, компрессор), в котором в осуществлении рабочего процесса участвуют обе машины. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув).

RCV — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт движения поршня, который совершает возвратно-поступательные движения, попеременно проходя впускной и выпускной патрубок.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются:

— автономность;
— универсальность (сочетание с различными потребителями);
— невысокая стоимость;
— компактность;
— малая масса;
— возможность быстрого запуска;
— многотопливность.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет следующее общее устройство:

— корпус;
— кривошипно-шатунный механизм;
— газораспределительный механизм;
— впускная система;
— топливная система;
— система зажигания (бензиновые двигатели);
— система смазки;
— система охлаждения;
— выпускная система;
— система управления.

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Циклы работы поршневых ДВС. Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.

Рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания состоит из четырёх процессов: впуска, сжатия, сгорания и выпуска. В двигателе рабочий цикл может быть осуществлен по следующей широко применяемой схеме.

1. В процессе впуска поршень перемещается от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), а освобождающееся надпоршневое пространство цилиндра заполняется смесью воздуха с топливом. Из-за разности давлений во впускном коллекторе и внутри цилиндра двигателя при открытии впускного клапана смесь поступает (всасывается) в цилиндр в момент времени, называемый углом открытия впускного клапана ца.

Воздушно-топливная смесь и продукты сгорания (всегда остающиеся в объёме пространства сжатия от предыдущего цикла), смешиваясь между собой, образуют рабочую смесь. Тщательно приготовленная рабочая смесь повышает эффективность сгорания топлива, поэтому её подготовке уделяется большое внимание во всех типах поршневых двигателей.

Количество воздушно-топливной смеси, поступающее в цилиндр за один рабочий цикл, называется свежим зарядом, а продукты сгорания, остающиеся в цилиндре к моменту поступления в него свежего заряда — остаточными газами.

Чтобы повысить эффективность работы двигателя, стремятся увеличить абсолютную величину свежего заряда и его весовую долю в рабочей смеси.

2. В процессе сжатия оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь от н.м.т. к в.м.т. и уменьшая объём надпоршневой полости, сжимает рабочую смесь (в общем случае рабочее тело). Сжатие рабочего тела ускоряет процесс сгорания и этим предопределяет возможную полноту использования тепла, выделяющегося при сжигании топлива в цилиндре.

Двигатели внутреннего сгорания строятся с возможно большей степенью сжатия, которая в случаях принудительного зажигания смеси достигает значения 10-12, а при использовании принципа самовоспламенения топлива выбирается в пределах 14-22.

3. В процессе сгорания происходит окисление топлива кислородом воздуха, входящего в состав рабочей смеси, вследствие чего давление в надпоршневой полости резко возрастает.

В рассматриваемой схеме рабочая смесь в нужный момент вблизи в.м.т. поджигается от постороннего источника с помощью электрической искры высокого напряжения (порядка 15 кв). Для подачи искры в цилиндр служит свеча зажигания, которая ввертывается в головку цилиндра.

Для двигателей с воспламенением топлива от тепла, выделяющегося от предварительно сжатого воздуха, запальная свеча не нужна. Такие двигатели снабжаются специальной форсункой, через которую в нужный момент в цилиндр впрыскивается топливо под давлением в 100 ч 300 Кг / смІ (? 10-30 Мн / мІ) В процессе расширения раскаленные газы, стремясь расшириться, перемещают поршень от в.м.т. к н.м.т. Совершается рабочий ход поршня, который через шатун передает давление на шатунную шейку коленчатого вала и проворачивает его.

4. В процессе выпуска поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через второй открывающийся к этому времени клапан, выталкивает отработавшие газы из цилиндра. Продукты сгорания остаются только в объёме камеры сгорания, откуда их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность работы двигателя обеспечивается последующим повторением рабочих циклов.

Процессы, связанные с подготовкой рабочей смеси к сжиганию её в цилиндре, а также освобождением цилиндра от продуктов сгорания, в одноцилиндровых двигателях осуществляются движением поршня за счёт энергии маховика, которую он накапливает в процессе рабочего хода.

В многоцилиндровых двигателях вспомогательные ходы каждого из цилиндров выполняются за счёт работы других (соседних) цилиндров. Поэтому эти двигатели в принципе могут работать без маховика.

Для удобства изучения рабочий цикл различных двигателей расчленяют на процессы или, наоборот, группируют процессы рабочего цикла с учетом положения поршня относительно мертвых точек в цилиндре. Это позволяет все процессы в поршневых двигателях рассматривать в зависимости от перемещения поршня, что более удобно.

Часть рабочего цикла, осуществляемая в интервале перемещения поршня между двумя смежными мертвыми точками, называется тактом.

Такту, а следовательно, и соответствующему ходу поршня присваивается название процесса, который является основным при данном перемещении поршня между двумя его мертвыми точками (положениями).

В двигателе каждому такту (ходу поршня) соответствуют, например, вполне определённые основные для них процессы: впуск, сжатие, расширение, выпуск. Поэтому в таких двигателях различают такты: впуска, сжатия, расширения и выпуска. Каждое из этих четырёх названий соответственно присваивается ходам поршня.

В любых поршневых двигателях внутреннего сгорания рабочий цикл складывается из рассмотренных выше пяти процессов по разобранной выше схеме за четыре хода поршня или всего за два хода поршня. В соответствии с этим поршневые двигатели подразделяют на двух- и четырёхтактные.

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС. Недостатком ДВС является то, что он производит высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

Также ДВС нужны топливная система (для подачи топливной смеси) и выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки (для увеличения ресурса ДВС), и системы охлаждения (для отвода избытка тепла).

Двигатели внутреннего сгорания.

Назначение, классификация, общее устройство, принцип работы, основные понятия и определения двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

ДВС предназначены для преобразования тепловой энергии сгорающего топлива в механическую работу.

1. По способу смесеобразования:

— карбюраторные (с внешнем смесеобразованием);

— дизельные (с внутренним смесеобразованием).

2. По числу цилиндров:

3. По расположению цилиндров:

4. По числу тактов рабочего цикла:

5. По способу воспламенения горючей смеси:

— с принудительным воспламенением (карбюраторные);

— с самовоспламенением (дизельные).

Устройство одноцилиндрового дизельного двигателя (рис.1).

1. Головка цилиндра. 10. Маховик.

2. Коромысло. 11. Картер.

3. Форсунка. 12. Коленчатый вал.

4. Выпускной клапан. 13.Шестерня привода распределительного вала.

5. Впускной клапан. 14. Распределительный вал.

6. Цилиндр. 15. Топливный насос.

7. Поршень. 16. Передаточные детали.

8. Поршневой палец. 17. Воздухоочиститель.

Принцип работы двигателя.

В цилиндре 6 (рис. 1) помещён поршень 7, который шатуном 9 соединён с коленчатым

валом 12. При перемещении поршня в цилиндре вверх и вниз его прямолинейное движение преобразуется через шатун и кривошип во вращательное движение коленчатого вала. На конце вала закреплён маховик 10, который служит для равномерного вращения коленчатого вала при работе двигателя.

Цилиндр плотно закрыт сверху головкой 1. В головке находятся впускной 5 и выпускной 4 клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительно вала 14 через передаточные детали 16.

Распределительный вал и вал топливного насоса приводятся во вращение шестернями 13 от коленчатого вала. Топливо в цилиндр поступает через форсунку 3 от топливного насоса 15.

Поршень, свободно перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения (рис. 2).

Основные понятия и определения (рис. 2).

1. Верхняя мёртвая точка (В.М.Т.) – крайнее верхнее положение поршня.

2. Нижняя мёртвая точка (Н.М.Т.) – крайнее нижнее положение поршня.

3. Ход поршня – это расстояние пройденное поршнем от одной мёртвой точки до другой. За один ход поршня коленчатый вал повернётся на пол оборота (на 180°).

4. Камера сгорания – пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным в В.М.Т.

5. Рабочий объём цилиндра – пространство, освобождаемое поршнем при перемещении

его из В.М.Т. в Н.М.Т.

6. Литраж – суммарный рабочий объём всех цилиндров двигателя. При малых объёмах (до 1л) его выражают в см 3 , а при больших – в литрах.

7. Полный объём цилиндра – это сумма объёмов рабочего и камеры сгорания.

8. Степень сжатия – число, показывающее, во сколько раз полный объём цилиндра больше объёма камеры сгорания.

Степень сжатия показывает, во сколько раз в цилиндре сжимается воздух или горючая смесь. В карбюраторных двигателях степень сжатия лежит в пределах 9-11, а в дизелях 18-20.

9. Такт – процесс, который происходит в цилиндре за один ход поршня.

10. Рабочий цикл – ряд последовательно повторяющихся процессов – тактов.

Двигатель, у которого рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, называется четырёхтактным.

Рабочий цикл четырёхтактного дизельного двигателя.

Рассмотрим, что происходит в одном из цилиндров работающего двигателя.

Впуск — первый такт (рис.3.а). Поршень перемещается вниз и в цилиндре создаётся разряжение. Через открытый впускной клапан цилиндр заполняется чистым воздухом под влиянием разности давлений. Выпускной клапан закрыт. В конце такта закрывается и впускной клапан.

Сжатие – второй такт (рис. 3б). Поршень, продолжая движение, перемещается вверх. Поскольку оба клапана закрыты, поршень сжимает воздух, температура которого растёт. Благодаря высокой степени сжатия давление в цилиндре повышается до 40 кгс/см 2 , воздух нагревается до температуры 600ºС. В конце такта сжатия через форсунку в цилиндр впрыскивается порция дизельного топлива в мелкораспылённом состоянии. Частицы топлива, соприкасаясь с нагретым сжатым воздухом и стенками цилиндра, самовоспламеняются, и большая их часть сгорают.

Рабочий ход – третий такт (рис. 3в.) Поршень идёт вниз. Во время этого такта топливо полностью сгорает. Оба клапана закрыты. Температура газов при сгорании достигает до 2000.С, давление повышается до 80кгс/см 2 и более. Под большим давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и передаёт воспринимаемое им усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя его вращаться. Около Н. М.Т. давление снижается до 40кгс/см » , а температура – до 700ºС.

Выпуск – четвёртый такт (рис. 3г). Поршень перемещается вверх, выпускной клапан открывается. Отработавшие газы удаляются из цилиндра. Когда поршень находится около В.М.Т., выпускной клапан закрывается, а впускной открывается. Рабочий цикл повторяется.

Рабочий цикл четырёхтактных двигателей совершается за два оборота коленчатого вала. За это время он получает усилие от поршня только при одном полуобороте, соответствующем рабочему ходу поршня. Затем коленчатый вал с помощью маховика перемещает поршень при всех вспомогательных тактах (выпуске, впуске и сжатии). Вследствие этого коленчатый вал вращается не равномерно: при рабочем ходе ускоренно, а при вспомогательных тактах – замедленно. Кроме того, у одноцилиндрового двигателя обычно небольшая мощность и повышенная вибрация. Поэтому применяются многоцилиндровые двигатели.

Чтобы такой двигатель работал равномерно, такты – рабочий ход – должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала, т.е. через равные промежутки времени.

Последовательность чередования одноимённых тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы отечественных четырёхцилиндровых дизельных двигателей 1-3-4-2. Это означает, что после первого рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвёртом и, наконец, во втором цилиндре (рис. 4)

При выборе порядка работы двигателя стремятся равномерно распределить нагрузку на коленчатый вал.

Классификация и назначение ДВС

Общая классификация двигателей

стационарного типа;
двигатели на транспорте;

Первые широко используются в качестве приводного механизма для различных насосов, генераторов, и т.д. Второй тип можно встретить на автомобилях, мотоциклах, судах, самолетах, поездах и других видах воздушных, наземных и водных транспортных средств. Отметим, что данная классификация не затрагивает реактивные, водородные и ракетные двигатели, распространяясь на массовые агрегаты.

Также силовые установки отличаются по типу используемого топлива. Двигатели могут работать на:

жидком и легком топливе (бензин, дизтопливо, спирт);
жидком тяжелом топливе (мазут, соляровое масло, газойль)
газовом топливе;
использовать горючее комбинированного типа, когда в двигателе одновременно используется жидкое топливо и газ (например, газодизель);
применяется сразу несколько видов топлива для многотопливного ДВС (агрегат работает как на бензине, так и на керосине и т.д.);

поршневыми ДВС (сгорание и преобразование тепловой энергии в механическую работу происходит в цилиндре двигателя;
газотурбинные двигатели (в таких двигателях топливо сгорает в особой камере сгорания, после тепловая энергия преобразуется в механическую на лопатках турбинного колеса;
двигатели комбинированного типа, в которых топливо сгорает в цилиндрах поршневого двигателя, при этом такой двигатель является генератором газа. Это значит, что тепловая энергия только частично превращается в механическую в цилиндре, а также частично преобразование происходит на лопатках турбинного колеса (например, турбопоршневой двигатель).

Еще двигатели внутреннего сгорания отличаются по способу смесеобразования. Силовые агрегаты бывают:

моторы с внешним смесеобразованием (рабочая смесь образуется не в цилиндре). Если просто, это карбюраторные бензиновые и газовые двигатели, а также инжекторные двигатели с впрыском топлива во впускной коллектор.
установки с внутренним смесеобразованием (на такте впуска в цилиндр отдельно подается воздух, затем прямо в камеру сгорания впрыскивается топливо, а рабочая смесь образуется уже в самом цилиндре). Такое смесеобразование происходит в дизельных двигателях, в бензиновых установках с искровой системой зажигания и газовых двигателях, где реализована подача горючего в цилиндр перед началом сжатия.

от внешнего источника, которым выступает электрическая искра на свече зажигания;
от сжатия, где смесь воспламеняется от высоких температур во время сильного сжатия воздуха и топлива в цилиндре (например, дизельный ДВС);
агрегаты с форкамерно-факельным зажиганием. В таких форкамерных моторах имеется две камеры сгорания. В первой (малой) камере смесь воспламеняется от искры, затем дальнейшее воспламенение основного заряда в основной (большой) камере происходит благодаря распространению фронта пламени из малой камеры.
двигатели, которые работают по принципу первичной подачи небольшого количества жидкого топлива (самовоспламеняется от сжатия), в результате чего удается поджечь и основной заряд, который состоит из газового топлива (газодизельный двигатель).

Добавим, что также поршневые двигатели делятся по способу осуществления рабочего цикла. Моторы бывают 2-х и 4-х тактными. Силовые агрегаты могут быть атмосферными (впуск воздуха происходит благодаря разрежению в цилиндрах) и с наддувом, когда воздух нагнетается принудительно под давлением.

Назначение и классификация двигателей внутреннего сгорания