Классификация двигателей и их основные типы.
Двигатели внутреннего сгорания (LDC) обычно классифицируют по следующим основным признакам:
по роду применяемого топлива: двигатели, работающие на жидком топливе, газовые и газожидкостные;
по способу смесеобразования – с внешним и внутренним смесеобразованием;
по способу осуществления рабочего цикла – четырёхтактные и двухтактные;
по способу воспламенения горючей смеси – с воспламенением (от электрической свечи);
по способу наполнения рабочего цилиндра – без наддува и с наддувом;
по степени сжатия – низкого и высокого;
по способу охлаждения – двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением.
Кроме того, ДВС классифицируют также по конструктивным признакам.
По конструкции кривошипно-шатунного механизма двигатели подразделяются: на тронковые, в которых боковое усилие шатуна воспринимается самим поршнем, с вертикальным расположением цилиндров, звездообразные, с противоположно движущимися поршнями, причём с одним или несколькими коленчатыми валами; с параллельным расположением рядов или расположением рядов под определённым углом (двухрядные V-образные).
По степени быстроходности различают тихоходные двигатели (со средней скоростью поршня до 10м/с) и быстроходные (со средней скоростью поршня выше 10м/с).
В зависимости от направления вращения коленчатого вала ДВС подразделяются на двигатели правого и левого вращения, реверсивные и нереверсивные.
По назначению двигатели делятся на следующие:
Стационарные промышленного назначения, которые устанавливают на электростанциях, насосных станциях и т.д.;
Наземно-транспортные, тепловозные, автомобильные, тракторные, двигатели дорожных и транспортно-погрузочных машин и т.п.;
Судовые: главные двигатели (реверсивные и нереверсивные), вспомогательные (для привода вспомогательных механизмов судовой силовой установки);
Авиационные.
Существуют и другие признаки, по которым возможна классификация двигателей.
Для дизелей установлены условные обозначения: Ч-четырёхтактный, Д-двухтактный, Р-реверсивный, С-судовой, П- с редуктором. Н- с наддувом. Например, дизель 6ЧН12/14 – шестицилиндровый, четырёхтактный, нереверсивный, с наддувом, однорядный, диаметр цилиндра 12 см. ход поршня 14 см.
Как работает четырехтактный двигатель
Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:
цилиндр;
поршень – выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
клапан впуска – управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
клапан выпуска – управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
свеча зажигания – осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
коленчатый вал;
распределительный вал – управляет открытием и закрытием клапанов;
ременной или цепной привод;
кривошипно-шатунный механизм – переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.
Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:
Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.
Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.