ДВС как преобразователь энергии

Общие представления. Классификация двигателей

Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания топлива – выделение теплоты и превращение ее в механическую работу происходят непосредственно в его цилиндре.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим основным признакам:

По виду применяемого топлива: а) двигатели, работающие на легком жидком топливе (бензине и керосине); б) двигатели, работающие на тяжелом жидком топливе (газойле и дизельном топливе; в) двигатели, работающие на газовом топливе (сжатом и сжиженном газах).

По способу смесеобразования: а) с внешним смесеобразованием, когда горючая смесь образуется вне цилиндра (к ним относятся карбюраторные и газовые двигатели); б) с внутренним смесеобразованием, когда горючая смесь образуется непосредственно внутри цилиндра (к ним относятся дизели и двигатели с впрыском легкого топлива в цилиндр).

По способу воспламенения горючей смеси: а) с воспламенением горючей смеси от электрической искры (карбюраторные, инжекторные, газовые и с впрыском легкого топлива); б) с воспламенением топлива от сжатия (дизели).

Пo способу осуществления рабочего цикла: а) четырехтактные; б) двухтактные.

По числу и расположению цилиндров: а) одно- и многоцилиндровые (двух-, четырех-, шести-, восьмицилиндровые и т. д.); б) однорядные (вертикальные и горизонтальные); в) двухрядные (V – образные и с противолежащими цилиндрами – оппозитные).

По способу охлаждения: а) с жидкостным охлаждением; б) с воздушным охлаждением.

По назначению: а) транспортные, устанавливаемые на автомобилях, тракторах, строительных и других транспортных машинах; б) стационарные; в) специального назначения.

Основные понятия и определения

На рисунке приведена принципиальная схема ДВС, пользуясь которой, рассмотрим основные понятия и определения, принятый для двигателей

При перемещении поршня в цилиндре различают два крайних его положения – верхнее и нижнее, которые называют верхней и нижней мертвыми точками. Верхней мертвой точкой (ВМТ) называют положение поршня в цилиндре, наиболее удаленное от оси коленчатого вала; нижней мертвой точкой (НМТ) – минимально удаленное положение поршня от оси коленчатого вала. В мертвых точках скорость поршня равна нулю, так как в них изменяется направление перемещения поршня. Перемещение поршня от ВМТ до НМТ или от НМТ до ВМТ называют ходом поршня и обозначают S. Ход поршня соответствует половине оборота коленчатого вала и равен двум радиусам кривошипа, т. е, S = 2 R.

Ряд периодически повторяющихся процессов (впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск) в каждом цилиндре двигателя, в результате которых осуществляется преобразование тепловой энергии в механическую работу, называют рабочим циклом или рабочим процессом двигателя. Часть рабочего цикла двигателя, совершаемого за один ход поршня, называют тактом.

Двигатель, рабочий цикл которого совершается за четыре такта (хода поршня), или за два оборота коленчатого вала, называют четырехтактным. Двигатель, у которого рабочий цикл совершается за два такта, или за один оборот коленчатого вала, называют двухтактным.

Объем, описываемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ, называют рабочим и обозначают V _h (м³):

V _h = (π D ²/4) S,

где D – диаметр цилиндра, м; S – ход поршня, м.

Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объемом камеры сгорания и обозначают V c. Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в НМТ. называют полным объемом цилиндра и обозначают V _a. Полный объем цилиндра равен сумме рабочего объема V _h, цилиндра и объема V _c камеры сгорания, т. е.

V _a = V _h + V _c.

Сумму рабочих объемов всех цилиндров называют литражом двигателя и обозначают V л:

V л = V _h · i,

где i – число цилиндров двигателя.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называют степенью сжатия и обозначают ε:

ε = V _a/ V _c = (V _h + V _с)/ V _с = V _h/ V _с + l.

Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра над поршнем при перемещении поршня из НМТ в ВМТ. У современных карбюраторных двигателей степень сжатия ε = 6÷ 10, а у дизельных двигателей ε = 16÷ 22. Степень сжатия влияет на мощность и экономичность двигателя. С увеличением степени сжатия повышается мощность двигателя и его экономичность.