Классификация двигателей

Устройство автомобилей

Классификация автомобильных двигателей

К двигателям, устанавливаемым на автомобилях, предъявляются определенные требования, которые зависят и от условий полной автономности этих транспортных средств, и от их конкретного назначения (типа автомобиля) . В любом случае, двигатель автомобиля должен иметь минимальные габариты и массу при достаточной развиваемой мощности и высокой экономичности, а также не представлять угрозу безопасности людей и окружающей природы.

Как уже упоминалось в предыдущей статье, на автомобилях наибольшее распространение получили тепловые двигатели, преобразующие энергию тепла от сгорания топлива в механическую энергию движения. Применение двигателей других типов, способных использовать для работы прочие виды энергии, ограничено рядом причин, среди которых наиболее веская – технологическая.

Тепловая энергия является доступной, ее можно легко извлечь из любого калорийного топлива, но самое главное – тепловую энергию в виде топлива можно в достаточном количестве запасти в дорогу. Ведь автомобиль – это автономное средство передвижения, и если его, например, «привязать» проводами к емкому источнику электроэнергии, то он лишится автономности.
Сложно запастись в дорогу и другими видами энергии, например, энергией сжатого газа, потока жидкости, солнечного света и т. п.
Применение в автомобильных двигателях ядерной энергии на современном уровне развития науки и технологий обойдется слишком дорого, а в условиях массовой эксплуатации – небезопасно.
Поэтому основное препятствие на пути использования других видов энергии вместо тепловой в автомобильных двигателях – отсутствие емких аккумуляторов энергии, способных поддерживать работу двигателя длительное время.

Все тепловые двигатели по способу подвода тепла к рабочему телу делят на два типа:

  • тепловые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) ;
  • тепловые двигатели с внешним подводом теплоты.

На современных автомобилях в подавляющем большинстве применяется первый тип двигателей, который отличается тем, что тепло к газообразному рабочему телу подводится непосредственно в самом двигателе путем сжигания смеси топлива с кислородом воздуха.
К двигателям второго типа, использующим для работы рабочее тело, нагретое вне двигателя, относятся, например, паровые машины, которые в настоящее время почти не используются по ряду причин:

  • высокая удельная металлоемкость на единицу полученной механической энергии;
  • низкий КПД;
  • относительно долгая подготовка к работе и т. д.

Рядом технологических причин ограничивается использование в качестве автомобильных двигателей газовых турбин, которые подразделяются на турбины внешнего сгорания и турбины внутреннего сгорания.
Двигатель Стирлинга, который по принципу действия относится к двигателям внешнего сгорания, тоже не получил признания в массовом автомобильном производстве.

По конструкции тепловые двигатели классифицируют на следующие типы:

  • поршневые;
  • роторно-поршневые;
  • газотурбинные;
  • реактивные.

Наибольшее распространение на автомобилях получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, которые в свою очередь классифицируются по следующим признакам:

По способу воспламенения рабочего тела :

  • с искровым (принудительным) воспламенением;
  • с воспламенением от сжатия (самовоспламенением) .

К первому типу относятся двигатели, использующие специальную систему воспламенения рабочего тела (систему зажигания) . К таковым относятся, например, карбюраторные, инжекторные и газовые двигатели.
Ко второму типу относятся дизельные двигатели, в которых топливо самовоспламеняется из-за сильного нагрева при высокой степени сжатия.

По виду используемого топлива :

  • работающие на жидком топливе (бензин, дизтопливо, керосин) ;
  • работающие на газообразном топливе.

По способу смесеобразования :

  • с внешним смесеобразованием;
  • с внутренним смесеобразованием.

К двигателям с внешним смесеобразованием (т. е. смешиванием топлива с кислородом воздуха вне цилиндра) относятся карбюраторные двигатели и двигатели с центральным и распределенным впрыском бензина, а к двигателям с внутренним смесеобразованием – дизельные и инжекторные двигатели непосредственного впрыска, в которых топливо и воздух поступают в цилиндр раздельно, и в дальнейшем смешиваются, образуя рабочую смесь.

По регулированию мощности :

  • количественное регулирование;
  • качественное регулирование.

При количественном регулировании мощность двигателя изменяется вследствие изменения общего количества топливовоздушной смеси, подаваемой в цилиндр.
При качественном регулировании мощность изменяется количеством впрыскиваемого в цилиндр топлива при неизменном количестве подаваемого воздуха.

По характеру и последовательности термодинамических процессов в цилиндрах двигателя:

Термодинамические процессы, имеющие место в тепловых двигателях, а также пути повышения их эффективности (КПД) рассмотрены в статьях раздела «Основы гидравлики и теплотехники». Там же можно найти информацию об истории изобретения тепловых двигателей, применяемых на автомобилях.

Классификация двигателей.

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, тракторах , самолетах, судах, локомотивах и других транспортных машинах.

2.По роду применяемого топлива различают двигатели, работающие на:

а) легком жидком топливе (бензине, бензоле, керосине, лигроине и спирте);

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 и газойле);

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 механическую различают двигатели:

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 тепловой 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 частично на 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, —

6.По способу осуществления рабочего цикла поршневые

Двигатели делятся на :

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 различают:

а)двигатели с качественным регулированием, когда в связи с изменением нагрузки меняется состав смеси путем увеличения или уменьшения количества вводимого в двигатель топлива ;

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 противолеащими цилиндрами;

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-торный двигатель .

9. По способу охлаждения различают двигатели:

а)с жидкостным охлаждением;

б)с воздушным 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.

Двигатели внутреннего сгорания. Классификация, основные типовые конструкции

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) — наиболее распростра­ненный тип тепловых двигателей, в которых процессы получения тепловой энергии и преобразования ее в механическую работу про­странственно совмещены. Достигается это совмещение благодаря тому, что получение теплоты от сжигания топлива осуществляется в полостях с ограниченным объемом, в результате чего расширяю­щиеся продукты сгорания создают избыточное давление. Такое давление реализуется в виде механической работы, затрачиваемой на перемещение поршней, турбинных лопаток или вытекающей струи газа. В соответствии с типом элемента, перемещаемого дав­лением газа, различают поршневые, турбинные и реактивные дви­гатели.

Благодаря компактности, высокой экономичности и надежнос­ти поршневые ДВС получили наиболее широкое применение в раз­личных отраслях промышленности, строительства и пр. Класси­фикация поршневых ДВС показана на рис. 1.

Процесс преобразования тепловой энергии в механическую ра­боту поршневыми двигателями осуществляется циклически.

Рабочим циклом называют совокупность последовательно про­текающих в цилиндре двигателя термодинамических процессов, в результате совершения которых происходит однократное преобра­зование тепловой энергии, выделенной при сжигании порции топ­лива в цилиндре двигателя, в механическую работу по перемеще­нию поршня. Рабочий цикл состоит из следующих процессов: за­полнения цилиндра воздухом или приготовленной в карбюраторе горючей смесью, сжатия воздуха или горючей смеси, подачи и распыливания топлива в дизелях (смесеобразование), воспламенения, сгорания и тепловыделения, расширения продуктов сгорания и вы­пуска отработавших газов.

Читайте также:  Как отрегулировать газовое оборудование 4 поколения

Рис. 1. Общая классификация двигателей внутреннего сгорания.

Поршень в цилиндре двигателя совершает возвратно-поступа­тельные движения между определенными (фиксированными) по­ложениями, которые называются соответственно внутренней и наружной мертвыми точками (ВМТ и НМТ). Перемещение поршня между мертвыми точками в одном направлении называют ходом поршня, а часть цикла, совершаемую при движении поршня между мертвыми точками, — тактом. Название такта дается по основному процессу, протекающему при ходе поршня. При перемещении поршня объем внутренней полости цилиндра меняется.

Характерными объемами при этом принимаются следующие:

– объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ, называемый объемом пространства сжатия и обозначаемый Vc;

– объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в НМТ, называемый полным объемом цилиндра и обозначаемый Vt;

– объем, описываемый поршнем между мертвыми точками, кото­рый называется рабочими объемом цилиндра и обозначается Vs.

Отношение полного объема цилиндра к объему пространства сжатия называют степенью сжатия, ее обозначают е и находят по формуле

(1)

Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра над поршнем, т. е. сжимается заряд в цилиндре при перемещении поршня из НМТ в ВМТ.

Рабочий цикл в ДВС может совершаться за два или четыре хода поршня. В соответствии с этим двигатели называют двух­тактными и четырехтактными.

В зависимости от способа приготовления горючей смеси, полу­чаемой при смешивании топлива с воздухом, различают двигатели с внутренним смесеобразованием — дизельные и внешним — кар­бюраторные двигатели.

По способу воспламенения рабочей смеси, состоящей из топлива и воздуха, ДВС делят на основные группы: с принудительным воспламенением от постороннего источника (двигатели карбюра­торные и газовые); с воспламенением от сжатия (дизели).

Карбюраторные двигатели работают на легком жидком топли­ве (бензине), дизели — на тяжелом жидком топливе (дизельном топливе и других фракциях нефти).

В карбюраторных двигателях горючая смесь образуется вне ци­линдра. В цилиндры поступает готовая смесь (пары бензина с воз­духом), которая во время такта сжатия сжимается в 6-9 раз и затем поджигается электрической искрой.

Дизели работают по иному принципу, чем карбюраторный дви­гатель: в цилиндры поступает не горючая смесь, а чистый воздух, который сжимается в 12-20 раз. При таком сжатии давление в камере сжатия повышается, а сам воздух при этом нагревается. В сжатый и нагретый воздух через специальную форсунку впрыс­кивается дизельное топливо, которое распыляется на мельчайшие капельки и частично испаряется, образуя с воздухом горючую смесь. Эта смесь воспламеняется от нагретого при сжатии воздуха без какого-либо постороннего зажигания и сгорает.

Количественные соотношения топлива и воздуха (топливо и воздух образуют горючую смесь) определяются окислительно-вос­становительными реакциями, протекающими между химическими элементами топлива и кислородом воздуха. В большем количестве воздуха можно сжечь большее количество топлива и, следова­тельно, получить большее количество теплоты и механической ра­боты, поэтому в дизельных двигателях для повышения мощности при неизменных геометрических параметрах цилиндров может ис­пользоваться наддув, т. е. подача воздуха под давлением.

Поршневой ДВС состоит из группы неподвижных и подвижных узлов и ряда обслуживающих систем. Принципиальные схемы од­ноцилиндрового четырехтактного дизеля с наддувом и двухтактного дизеля показаны на рис. 2, 3 и 4.

К основным неподвижным узлам относятся фундаментная рама с подшипниками коленчатого вала, на которую устанавливаются станина и втулки цилиндров. Сверху цилиндры закрываются крыш­ками. Двигатели с помощью лап монтируются на подмоторной раме 13 (см. рис. 2, а). Втулки цилиндров устанавливаются, как правило, в едином блоке, называемом блоком цилиндров 5, и закрывается единой для всего ряда цилиндров крышкой, которую называют головкой блока цилиндров 11. К главным подвижным деталям ДВС относятся поршень 7, шатун 3 и коленчатый вал 2.

Рис. 2. Двигатель внутреннего сго­рания (дизель):

а — принципиальная схема двигате­ля:

1 – нижний картер (поддон); 2 – коленчатый вал; 3 – шатун; 4 – верхний картер; 5 – блок цилиндров; 6 – нагнетатель (наддувочный аг­регат); 7 – поршень; 8 – впускной клапан; 9 -форсунка; 10 – выпускной клапан; 11 -голов­ка блока цилиндров; 12 – топливный насос высокого давления; 13 – подмоторная рама;

б – индикаторная диаграмма Р — V; в – диаграмма фаз газораспределения:

φ — угол опережения открытия впускного кла­пана; φз — угол запаздывания закрытия впуск­ного клапана; φв — угол опережения открытия выпускного клапана; φк — угол запаздывания закрытия выпускного клапана; φт — угол опе­режения впрыска топлива; φк — угол пере­крытия клапанов;

г — схема работы четырехтактного дизеля

Рис. 3. Схема работы двухтактного дизеля со встречно-движущимися поршнями и прямоточно-щелевой продувкой:

1,6 – верхний и нижний поршни; 2 – продувочные окна; 3 – форсунки; 4 – камера сгорания; 5 – выхлопные окна

Рис. 4. Двухтактный дизель с П-образной поперечной продув­кой: а – схема работы двухтактного дизеля; б – диаграмма фаз газораспределения; в – индикаторная диаграмма: zут – рас­ширение; тп – свободный выпуск; паа’ – продувка; а’а” – на­полнение; а”с – cжатие; czy – горение; х – начало впрыска топлива; у -окончание подачи топлива в камеру сгорания

Каждый ДВС имеет следующие системы:

– систему газообмена, управляющую органами наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха и очистки его от отработавших газов;

– топливную систему, служащую для подачи и подготовки топлива к сгоранию в цилиндре;

Современные ДВС оснащаются также дополнительными системами и устройствами, которые улучшают мощностные и другие показатели. К ним относят системы наддува, предпускового подо­грева и автоматики, шумо- и виброгасящие устройства, гасители крутильных колебаний на коленчатом валу и т. п.

К основным параметрам дизелей относят номинальную мощ­ность, число цилиндров, тактность, диаметр цилиндра, ход поршня, степень сжатия, массогабаритные размеры и др.

Рассмотрим принцип работы четырехтактного ди­зеля с наддувом (см. рис. 2, г), у которого один рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала.

Первый такт — такт впуска свежего воздуха — происходит при перемещении поршня от ВМТ к НМТ. Впускной клапан 8 открыт, а выпускной 10 — закрыт. С началом движения поршня от ВМТ к НМТ объем рабочего пространства цилиндра 5 увеличи­вается, а давление в нем уменьшается и становится меньше атмос­ферного в дизелях без наддува (нагнетатель 6 отсутствует).

При наличии наддува воздух поступает в цилиндр под давлением, со­здаваемым компрессором (наддувочным агрегатом). При отсут­ствии наддува свежий заряд воздуха поступает в цилиндр за счет разрежения. Для достижения максимального наполнения цилинд­ра впускной клапан открывается несколько раньше, в точке г с определенным углом опережения, равным 15-35° угла поворота коленчатого вала до ВМТ, и закрывается в точке а с некоторым углом запаздывания φз, равным 10-30° поворота вала после НМТ (см. рис. 2, в).

Второй такт — такт сжатия — начинается при обратном ходе поршня НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. В цилиндре образуется замкнутое пространство, объем которого при движении к ВМТ уменьшается. За счет уменьшения объема происходит сжа­тие свежего заряда воздуха, в результате чего повышаются его давление до 3-4 МПа и температура — до 600-700 °С, которая становится достаточной для самовоспламенения впрыскиваемого топлива.

При подходе поршня к ВМТ в цилиндр впрыскивается мелко распыленное топливо с некоторым опережением φт, равным 10-30° угла поворота коленчатого вала до ВМТ, для образования однород­ной смеси и ее воспламенения вблизи ВМТ.

Третий такт — такт расширения, при котором топливо сгорает и происходит резкое повышение давления и температуры рабочего тела. Максимальное давление при сгорании топлива у малооборот­ных дизелей 5-7 МПа, у средне- и высокооборотных 6-12 МПа, у дизелей с наддувом 10-15 МПа. Температура газа в конце сго­рания топлива тем выше, чем больше давление, и колеблется в пределах 1600-2000 °С.

Высокое давление при расширении рабочего тела вызывает дви­жения поршня от ВМТ к НМТ, в результате чего совершается полезная работа.

Четвертый такт — такт выпуска, при котором в конце рабоче­го хода до прихода поршня в НМТ открывается выпускной кла­пан 10 и начинается процесс свободного выпуска газов из цилинд­ра в выпускной трубопровод. Свободный выпуск осуществляется за счет перепада давления в цилиндре и в выпускной системе. Температура отработавших газов при этом 350-500 °С и давле­ние 0,3-0,4 МПа.

Опережение открытия выпускного клапана 10 в точке 6 соот­ветствует φв = 20-50° угла поворота коленчатого вала до НМТ. Поршень, двигаясь вверх, выталкивает отработавшие газы из ци­линдра, освобождая цилиндр для новой порции свежего воздуха.

Закрывается выхлопной клапан в точке r при φк = 10-30° за ВМТ. Сумма двух углов φ + φк называется углом перекрытия клапанов. При дальнейшем движении поршня вниз начинается новый рабочий цикл, такты которого повторяются в перечислен­ной ранее последовательности.

Рассмотрим принцип работы двухтактного дизеля (см. рис. 3) со встречно-движущимися поршнями и прямоточно-щелевой продувкой.

В цилиндре дизеля имеется по два поршня, движущихся в про­тивоположных направлениях и образующих при этом в средней части цилиндровой гильзы (между днищами поршней) одну об­щую камеру сгорания. Подвод продувочного воздуха к цилиндрам и выпуск отработанных газов осуществляются через окна в ци­линдровых гильзах, которые открываются и закрываются поршня­ми. Верхние поршни управляют впуском воздуха через продувочные окна, а нижние — выпуском отработанных газов через выпуск­ные (выхлопные) окна.

Рабочий цикл в двухтактном дизеле совершается за два такта, т. е. за один оборот коленчатого вала, и осуществляется следую­щим образом.

Первый такт начинается при движении поршней навстречу друг другу (см. рис. 3) от их НМТ к ВМТ. Сначала нижний поршень перекрывает выпускные окна, а затем верхний поршень — продувочные окна. Указанная очередность закрытия окон объяс­няется тем, что нижний коленчатый вал по углу поворота опере­жает верхний на 12°. До закрытия выпускных окон воздух, посту­пающий под давлением, вытесняет отработавшие газы из цилинд­ра. Когда окна закрываются, воздух через открытые впускные окна продолжает поступать в цилиндр.

Читайте также:  Как ремонтировать датчик уровня топлива

Более позднее закрытие впуск­ных окон по сравнению с выпускными способствует дозаправке цилиндра свежим воздухом до давления, почти равного давлению продувочного воздуха, т. е. происходит так называемый наддув. Это позволяет увеличивать весовой заряд воздуха в цилиндре, а, следовательно, сжечь большее количество топлива и получить большую мощность.

Как только окна закрылись, начинается сжатие воздуха в ци­линдре. Когда поршни приблизятся к ВМТ, в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое в среде нагретого при сжатии до высокой температуры воздуха воспламеняется.

В начале второго такта происходит сгорание топлива, что при­водит к повышению давления газов в цилиндре до 8-9 МПа. Под действием этого давления поршни расходятся от ВМТ, газы расши­ряются и их давление понижается. В конце такта расширения ниж­ний поршень открывает выпускные окна и начинается выхлоп от­работавших газов. Немного позднее, когда верхний поршень откро­ет впускные окна, начинается процесс продувки цилиндра свежим воздухом. Этот процесс продолжается до момента закрытия выпуск­ных окон в начале первого такта, а далее цикл повторяется.

Аналогично совершается рабочий цикл двухтактного дизеля с П-образной поперечной продувкой (см. рис. 4).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

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.

Классификация двс сдм

Vitaliy Akimenkov Vitaliy Akimenkov 5 21 2002-08-11T11:03:00Z 2002-08-11T12:12:00Z 5 1989 11341 www 94 22 13927 9.2812

Двигатели внутреннего сгорания – это тепловые двигатели, в которых химическая энергия топлива, сгорающего внутри рабочей полости двигателя, преобразуется в механическую работу. Двигатели внутреннего сгорания делятся на две группы: дизели-двигатели с воспламенением от сжатия, работающие на дизельном топливе, и карбюраторные двигатели с принудительным зажиганием, работающие на бензине на стреловых кранах основным источником энергии являются дизели, а для их запуска – карбюраторные двигатели. Дизельный двигатель внутреннего сгорания состоит из основных углов: блока-картера, шатунно-кривошипного механизма, механизма газораспределения, системы питания, топливной аппаратуры и регулятора, системы смазки, системы охлаждения, пускового устройства.

Схема 1. Классификация ДВС СДМ

ДВС СДМ разделяется на две основные группы: дизельные двигатели и карбюраторные двигатели.

Дизельные двигатели (дизели) используют как основные энергетические установки для создания тягового усилия базовой машины, перемещения её, гидравлического привода навесных и прицепных орудий, а также вспомогательных целей (управления тормозами, рулевым управлением, электроосвещения). Основным дизелем в процессе эксплуатации машины управляют в основном с рабочего места, из кабины машиниста.

Карбюраторные двигатели на тракторах и шасси применяют для запуска основного двигателя.

К отличительным особенностям дизельных двигателей относятся простота конструкции и надёжность в работе, экономичность, лёгкость запуска и управления, надёжность пуска в летнее время и в условиях холодного климата, устойчивость работы.

Двигатели хорошо воспринимают перегрузки в условиях резко переменных режимов работы бульдозеров, бульдозеров-рыхлителей, скреперов и грейдеров, могут работать в запылённых условиях, приспособлены к выполнению технического обслуживания и ремонта.

Двигатели внутреннего сгорания, устанавливаемые на тракторах и шасси, называют автотракторными.

Автотракторные двигатели внутреннего сгорания классифицируют по назначению, типу и способу воспламенения горючих смесей, роду сжигаемого топлива, способу образования горючей смеси, способу охлаждения, числу и расположению рабочих цилиндров.

По назначению эти двигатели можно разделить на основные и пусковые.

Основные двигатели работают постоянно во время выполнения рабочих циклов, передвижения тракторов и шасси с объекта на объект, выполнения вспомогательных операций. Пусковые двигатели включают только в момент запуска основного двигателя.

По типу и способу воспламенения горючей смеси различают дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели работают на воспламенении топлива в воздушной среде. Горючая смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха при сжатии в цилиндрах и распыления топлива форсунками.

В карбюраторных двигателях горючую смесь приготавливают в карбюраторе и воспламеняют ее в цилиндрах электрической искрой.

По роду сжигаемого топлива различают двигатели внутреннего сгорания, работающие на тяжелом жидком топливе (например, дизельном, керосине) и работающие на легком топливе (бензине с различными октановыми числами) и газообразном (пропан бутановом).

Тяжелое дизельное топливо используют в дизелях, бензиновое и газообразное – в карбюраторных двигателях. Карбюраторные двигатели с более легким запуском используют как пусковые.

По способу образования горючей смеси используют двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. Внутреннее смесеобразование осуществляется в дизелях, воздух всасывается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом внутри цилиндров перед воспламенением.

Внешнее смесеобразование применяют при бензиновом и газовом топливах. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до попадания горючей смеси в цилиндры.

По способу охлаждения известны двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим работы при колебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих базовых машинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или антифризовые жидкости, которые замерзают при более низки

х температурах (до минус 40оС).

Двигатели с воздушным охлаждением обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором в обребренные поверхности цилиндров. Воздушные двигатели применяют только на гусеничном тракторе Т-330.

По числу и расположению рабочих цилиндров различают одно-, двух-, четырех-, шести-, восьмицилиндровые двигатели- по расположению рабочих цилиндров – вертикально-рядные, V- образные и горизонтально-рядные.

Одно- и двухцилиндровые вертикально-рядные агрегаты применяют на тракторах, пусковых двигателях для включения основного двигателя.

Основные дизели изготовляют в четырех-, шести-, восьмицилиндровом исполнении с вертикально-рядным или V- образным расположением рабочих цилиндров.

Дизельные двигатели обеспечивают по сравнению с карбюраторными больший КПД от 25 до 32%, меньший расход топлива от 25 до 30%, невысокую стоимость эксплуатации за счет более низкой цены тяжелого топлива, проще по конструкции из-за отсутствия системы зажигания

Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают независимость базовых машин и агрегатируемых с ними навесных и прицепных дорожно-строительных машин от внешних источников питания, возможность работы их в отдаленных районах, использование в любое время суток, в различных климатических условиях и самостоятельный переход машин с одного строительного объекта на другой.

По принципу работы различают четырех- и двухтактные двигатели. На тракторах и шасси, агрегатируемых с землеройно-транспортными машинами, применяют основные и пусковые двигатели, работающие по четырехтактному циклу.

Схема и процессы, протекающие в одном простейшем рабочем цилиндре поршневого дизельного двигателя, поясняет рисунок 1.

Читайте также:  Как выбрать бюджетный автомобиль

Такт — часть рабочего цикла, протекающего за время прохождения поршнем пути от одной мертвой точки до другой.

Такт сжатия. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться вверх (см. рис. 1, б) и сжимать воздух. Оба канала при этом закрыты клапана­ми. Давление воздуха в конце хода достигает 3,5… 4,0 МПа, а температура — 600…700 °С.

Рабочий ход (такт расширения). В конце такта сжа­тия при положении поршня, близком к в. м. т., в цилиндр через форсунку (рис. 1, в) впрыскивается мелкораспы­ленное топливо, которое, смешиваясь с сильно нагретым воздухом и газами, частично оставшимися в цилиндре после предыдущего процесса, воспламеняется и сгорает. Давление газов в цилиндре при этом повышается до 6,0…8,0 МПа, а температура — до 1800…2000 °С. Так как при этом оба канала остаются закрытыми, расширяю­щиеся газы давят на поршень, а он, перемещаясь вниз, через шатун поворачивает коленчатый вал.

Такт выпуска. Когда поршень подходит к н. м. т., вто­рой клапан открывает выпускной канал и газы из цилиндра выходят в атмосферу (см. рис. 1, г). При этом поршень под действием энергии, накопленной за рабочий ход маховиком, перемещается вверх и внутренняя по­лость цилиндра очищается от отработавших газов. Дав­ление газов в конце такта выпуска составляет 105… 120 кПа, а температура — 600…700 °С.

После такта выпуска рабочий процесс начинает повторяться, т. е. следующим тактом опять будет впуск, за­тем сжатие и т. д. в течение всей работы двигателя.

В карбюраторном четырехтактном двигателе процессы протекают аналогичным образом, в той же последовательности. Исключением является то, что горючая смесь приготавливается в карбюраторе сразу после воздухоочистителя. Вместо форсунки в камере сгорания установлена электрическая свеча, которая в конце сжатия горючей смеси образует искру. Искра поджигает смесь, и продукты сгорания под давлением воздействуют на поршень. Он опускается, выполняя рабочий цикл.

На тракторах в качестве пускового устройства дизеля применяют карбюраторные двигатели — небольш

ие по размерам и мощности двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине.

Устройство этих двигателей несколько отличается от устройства четырехтактных. У двухтактного двигателя отсутствуют клапаны, закрывающие каналы, по которым в цилиндр поступает свежий заряд и происходит выпуск отработавших газов. Роль клапанов выполняет поршень 7 (рис. 2, а), который в нужные моменты открывает и закрывает окна, соединенные с каналами, продувочное окно 1, выпускное окно 3 и впускное окно 5. Кроме того, картер двигателя сделан герметичным и образует криво­шипную камеру 6, где располагается коленчатый вал.

Все процессы в таких двигателях происходят за один оборот коленчатого вала, т. е. за два такта, поэтому они и носят название двухтактных.

Рабочий ход, выпуск и впуск — второй такт. Когда поршень, идущий вверх, не доходит до в. м. т. на 25… 27° (по углу поворота коленчатого вала), в свече 2 проскакивает искра, которая воспламеняет топливо. Горение топлива продолжается до прихода поршня в в.м.т. После этого нагретые газы, расширяясь, толкают поршень вниз и тем самым совершают рабочий ход (см. рис 2, б). Топливовоздушная смесь, находящаяся в это время в кривошипной камере 6, сжимается.

В конце рабочего хода поршень вначале открывает выпускное окно 3, через которое выходят отработавшие газы, затем продувочное окно 1 (рис 2, в), через которое из кривошипной камеры в цилиндр поступает свежий заряд топливовоздушной смеси. В дальнейшем все эти процессы повторяются в такой же последовательности.

Достоинства двухтактного двигателя заключаются в следующем. Так как рабочий ход при двухтактном про­цессе происходит за каждый оборот коленчатого вала, мощность двухтактного двигателя на 60…70 % превыша­ет мощность четырехтактного двигателя, имеющего такие же размеры и частоту вращения коленчатого вала. Устройство двигателя и его эксплуатация более простые.

Недостаток двухтактного двигателя — повышенный расход топлива и масла за счет потери топливовоздуш­ной смеси при продувке цилиндра.

Так как из четырех тактов только один является рабочим, одноцилиндровый четырехтактный двигатель работает очень неравномерно. Чтобы исключить это, применяют маховик, который устанавливают на выходе коленчатого вала.

Для повышения мощности двигателя и равномерности его хода применяют многоцилиндровые двигатели, состоящие из двух, четырех, шести или восьми элементарных цилиндров. В многоцилиндровом двигателе чаще повторяются рабочие такты, более равномерно вращается коленчатый вал, снижается масса маховика, вибрация при работе. Рабочие такты следуют один за другим через одинаковые промежутки времени в разных цилиндрах.

Последовательность рабочих тактов называют порядком работы цилиндров двигателя. Например, в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала происходят последовательно рабочие такты во всех цилиндрах в разное время, в соответствии с установленным порядком работы. В двухтактном двигателе рабочие процессы всасывания горючей смеси, ее сжатие, рабочий ход и выхлоп производят за два такта работы. При подъеме поршня сначала цилиндр наполняется горючей смесью, затем происходит ее сжатие и воспламенение (от сжатия в дизеле или электрической искры в карбюраторном двигателе). Затем после взрыва и сгорания горючей смеси поршень опускается и в конце хода рабочая камера сообщается с атмосферой, выхлопные газы выходят наружу, а новая порция горючей смеси входит в цилиндр. Двухтактный цикл применяют в пусковых двигателях.

К основным показателям двигателей относятся эффективная мощность (кВт), частота вращения коленчатого вала (мин-1), крутящий момент (Н?м), часовой (кг/ч) и удельный (грамм/эффективный?Вт?ч) расходы, КПД.

Эффективная мощность – это мощность, развиваемая на коленчатом валу. Наиболее полно характеризует двигатель эксплуатационная максимальная мощность на маховике при самой высокой подаче топлива за вычетом всех внутренних потерь, ко

Классификация, общее устройство и основные параметры двигателя

Двигателем называется машина, преобразующая тот или иной вид энергии в механическую работу. На автомобилях устанавливаются двигатели, использующие тепловую энергию, которая выделяется при сгорании жидкого или газообразного топлива. Двигатели, у которых сгорание топлива происходит внутри замкнутой рабочей полости (камера сгорания),называются двигателями внутреннего сгорания. Если у таких двигателей преобразование теплоты в работу связано с перемещением поршней в цилиндрах, эти двигатели называются также поршневыми.

Автомобильные поршневые двигатели классифицируются по нескольким признакам:

  • по способу смешивания топлива с воздухом и воспламенению смеси с внешним смесеобразованием и воспламенением от электрической искры (карбюраторные двигатели) и внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия (дизели);
  • по числу цилиндров – одно, двух и многоцилиндровые (четырех, шести, восьмицилиндровые);
  • по числу тактов, составляющих рабочий процесс четырех и двухтактные;
  • по виду применяемого топлива – бензиновые, на дизельном топливе, на газовом топливе, многотопливные;
  • по расположению цилиндров – с расположением цилиндров в один ряд (рядные) и «V» -образные, у которых цилиндры расположены в два ряда под углом один к другому;
  • по способу охлаждения – с жидкостным и воздушным охлаждением.

Различные типы двигателей внутреннего сгорания имеют одинаковое общее устройство. Каждый из них имеет кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения, смазочную систему, систему питания, а карбюраторные двигатели, кроме того, и систему зажигания.

Рис. 1 Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания: 1-цилиндр; 2-поршень; 3-коленчатый вал

Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем. В закрытом сверху цилиндре 1 (рис.1) размещается поршень 2, соединенный через шатун с кривошипом коленчатого вала 3. Сверху в цилиндре расположено два клапана – впускной и выпускной. При перемещения поршня вниз через открывающийся впускной клапан цилиндр заполняется атмосферным воздухом (у дизелей) или горючей смесью (у карбюраторных двигателей). При движении поршня вверх поступивший воздух или горючая смесь сжимается. При подходе поршня в верхнее положение в сжатый воздух впрыскивается топливо (у дизелей) или подается электрическая искра (у карбюраторных двигателей); вследствие чего смесь топлива и воздуха сгорает и выделяется теплота. Газы, образовавшиеся при сгорания нагреваются, их давление и температура возрастают. Под действием давления газов поршень перемещается вниз и через шатун поворачивает коленчатый вал, совершая полезную работу. При дальнейшем перемещении поршня вверх отработавшие газы удаляются из цилиндра в атмосферу через открывающийся выпускной клапан. При перемещении поршня из одного крайнего положения в другое коленчатый вал совершает поворот вокруг , своей оси на 180°. Для совершения полного оборота поршень должен переместиться один раз вниз и один раз вверх. Крайние положения “поршня в цилиндре называются мертвыми точками, так как скорость поршня в этих , положениях равна нулю. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – положение поршня, наиболее удаленное от оси коленчатого вала. Нижняя мертвая точка (НМТ) – положение поршня, наименее удаленное от оси коленчатого вала. Ход поршня – это расстояние, которое проходит поршень при перемещении от ВМТ к НМТ.

Камерой сгорания называется пространство в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ (на рис.1 обозначено Vc). Рабочим объемом цилиндра (Vh) называется объем, который освобождается поршнем при его перемещении от ВМТ к НМТ. Рабочим объемом двигателя или литражом называется сумма работы объемов Всех его цилиндров, измеряется в , кубических сантиметрах или литрах. Полный объем цилиндра – сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания ( Va=Vh+Fc ). Степенью сжатия двигателя называется отношение полного объема к объему камеры сгорания ( E=Va/Vc ). Эта величина показывает, во сколько раз уменьшается объем воздуха или рабочей смеси при перемещении поршня от НМТ к ВМТ.

Карбюраторные двигатели имеют степень сжатия в пределах 6. ..10, дизели – 15 . 20. Чем выше степень сжатия двигателя, тем эффективнее в нем теплота превращается в работу. У карбюраторных двигателей степень сжатия ограничена свойствами топлива. При большой степени сжатия у этих двигателей возможно самовоспламенение рабочей смеси и взрывной характер горения (детонация), что снижает их работоспособность и экономичность. У дизелей с повышением степени сжатия возрастают нагрузки на деталь двигателя.

Ссылка на основную публикацию