Классификация двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют по ряду признаков:

• по способу осуществления рабочего цикла: двух- и четырехтактные, с наддувом и без него
• по способу воспламенения топлива: с принудительным зажиганием (искровым или факельным) топливовоздушной смеси, образованной в карбюраторе (карбюраторные двигатели), с воспламенением от сжатия (дизели)
• по способу смесеобразования: внешним и внутренним смесеобразованием
• по способу охлаждения: с жидкостным и воздушным охлаждением
• по расположению цилиндров: однорядные с вертикальным, горизонтальным и наклонным расположением цилиндров, двухрядные (V-образные с различным углом развала цилиндровых блоков), многорядные (с числом цилиндровых блоков три и более)
• по назначению: стационарные, транспортные (судовые тепловозные, тракторные, автомобильные, авиационные)

На автомобильном транспорте широко применяются

карбюраторные двигатели и дизели, работающие по четырехтактному циклу. Реже используются двухтактные двигатели. Наибольшее число моделей имеют однорядное расположение цилиндров с числом цилиндров два — шесть. На большинстве грузовых автомобилей и автобусов установлены V-образные двигатели.

Условия эксплуатации транспортных двигателей характеризуются частой сменой нагрузочных и скоростных режимов работы, значительным диапазоном изменения температуры и давления атмосферного воздуха, его загрязнением.

Технико-экономическими требованиями предусматривается значительное повышение эффективности ДВС с одновременным снижением их металлоемкости и улучшением технологичности конструкции.

Классификация двигателей | Двигатель автомобиля

В зависимости от способа приготовления топливовоздушной (горючей) смеси различают двигатели:

• с внешним смесеобразованием
• с внутренним смесеобразованием

Горючей смесью называют смесь паров топлива или горючего газа с воздухом в отношении, обеспечивающем сгорание ее в рабочем цилиндре двигателя. Образуется горючая смесь в двигателях в процессе смесеобразования. Она перемешивается в камере сгорания с остаточными продуктами сгорания и образует рабочую смесь.

Смесеобразование — процесс приготовления рабочей смеси. В двигателях внутреннего сгорания различают смесеобразование внешнее и внутреннее.

Внешнее смесеобразование — процесс приготовления рабочей смеси вне цилиндра двигателя — в карбюраторе (у двигателей, работающих на жидком легкоиепаряющемся топливе) или в смесителе — у двигателей, работающих на газе.

Внутреннее смесеобразование — процесс приготовления рабочей смеси внутри цилиндра. Топливо подается в камеру сгорания форсункой при помощи насоса высокого давления.

В быстроходных дизелях применяют два способа образования смеси: объемное и пленочное.

Объемным смесеобразованием называется такой способ образования горючей смеси, при котором топливо из жидкого состояния превращается в парообразное под действием вихревых потоков воздуха в камере сгорания.

Пленочный способ смесеобразования заключается в превращении топлива из жидкого состояния в парообразное в процессе перемещения тонкого слоя (пленки) топлива по поверхности камеры сгорания под действием потока воздуха. Для полного сгорания топлива при объемном смесеобразовании требуется, чтобы форсунки хорошо распыливали и равномерно распределяли топливо по объему камеры сгорания. В дизелях, работающих с пленочным смесеобразованием, топливо впрыскивается форсункой на поверхность камеры сгорания под малым углом к поверхности. Затем оно вихревыми потоками воздуха перемещается по нагретой поверхности камеры и испаряется. При таком способе смесеобразования к форсунке предъявляются менее высокие требования, чем при объемном.

Для полного сгорания топлива в двигателе требуется минимальное, так называемое теоретически необходимое, количество воздуха. Так, для сгорания 1 кг дизельного топлива требуется 0,496 кмоль воздуха, а для сгорания 1 кг бензина 0,516 кмоль воздуха. Однако вследствие несовершенства процесса смесеобразования количество воздуха, содержащегося в горючей смеси работающего двигателя, может быть больше или меньше, чем указано.

Отношение действительного количества воздуха, поступившего в цилиндр двигателя, к количеству воздуха, теоретически необходимому для полного сгорания топлива, называется коэффициентом избытка воздуха а. Он зависит от типа двигателя, конструкции, вида и качества топлива, режима и условий работы двигателя. У автомобильных двигателей, работающих на бензине, а = 0,85… 1,3. Наиболее благоприятные условия для сгорания топлива создаются при а = 0,85…0,9. Двигатель при этом развивает максимальную мощность. Наиболее экономичный режим работы — при а = 1,1…1,3. Это режим нагрузок, близких к полной.

Образование рабочей смеси в карбюраторных двигателях начинается в карбюраторе, продолжается во впускных трубопроводах и заканчивается в камере сжатия. В дизелях рабочая смесь образуется в камере сжатия при впрыске топлива в нее форсункой. Поэтому времени на приготовление рабочей смеси в дизелях будет меньше, чем в карбюраторных двигателях, и качество приготовления рабочей смеси хуже.

Для обеспечения полного сгорания единицы поступившего в цилиндр топлива дизелям нужно больше воздуха, чем карбюраторным двигателям. В связи с этим коэффициент избытка воздуха у дизелей колеблется на режимах полной и близкой к полной нагрузке в пределах 1,4…1,25, а на холостом ходу равен 5 и более единицам.

Если в составе рабочей смеси воздуха меньше, чем теоретически необходимо для полного сгорания содержащегося в смеси топлива, то такая смесь называется «богатой». Если а>1, т. е. в смеси воздуха больше, чем теоретически необходимо для сгорания топлива, то такая смесь называется «бедной».

Чем выше качество смесеобразования, тем ближе величина а к единице. Для каждого типа двигателя коэффициент а имеет свои значения. В процессе эксплуатации нарушается регулировка топливоподающей аппаратуры, загрязняются воздушные фильтры, а это приводит к повышению гидравлического сопротивления и снижению количества воздуха, поступающего в цилиндры. При этом рабочая смесь часто переобогащается. В результате топливо сгорает не полностью. Вместе с отработавшими газами в атмосферу выбрасываются токсичные их составляющие, такие, как окись углерода (СО), окись и двуокись азота (NO, N02). Они загрязняют окружающую среду. Наряду с этим ухудшается экономичность работы двигателя. Особенно много выделяется окиси углерода при работе бензиновых двигателей на обогащенной смеси. В небольших количествах СО выделяется при работе дизелей на холостом ходу. Это вызывается местными переобогащениями смеси вследствие неудовлетворительной работы топливной аппаратуры.

Для уменьшения загрязнения окружающей среды необходимо своевременно и высококачественно регулировать топливоподающую аппаратуру и обслуживать систему фильтрации воздуха и механизм газораспределения.

По способу воспламенения рабочей смеси различают двигатели с принудительным воспламенением и с воспламенением от сжатия.

В двигателях с принудительным воспламенением рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, которая образуется тогда, когда поршень приближается к верхней мертвой точке (в.м.т.) в такте сжатия. К этому моменту в камере сжатия находится топливовоздушная смесь, сжатая до 0,9… 1,5 МПа и нагретая до 280…480°С.

Жидкое топливо может сгорать только в газообразном состоянии. Поэтому необходимо, чтобы карбюратор обеспечивал возможно более тонкое распыливание топлива. Чем тоньше распыливание, тем больше общая поверхность частичек топлива, тем за более короткий промежуток времени оно испаряется. При возникновении искры воспламеняется только та часть смеси, которая находится у электродов искровой свечи зажигания. В этой зоне температура достигает 10 000° С, и образовавшееся пламя распространяется со скоростью 30…50 м/с по всему объему камеры сгорания. Продолжительность процесса сгорания составляет 30…40° угла поворота коленчатого вала. Угол в градусах поворота коленчатого вала от момента образования искры в свече до в.м.т. называется углом опережения зажигания ф3. Оптимальное значение величины угла ф3 зависит от конструкции двигателя, режима работы, условий эксплуатации двигателя и качества топлива.

Двигатель. Классификация, механизмы и системы ДВС

На современных тракторах и автомобилях в основном применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Внутри этих двигателей сгорает горючая смесь (смесь топлива с воздухом в определенных соотношениях и количествах). Часть выделяющейся при этом теплоты преобразуется в механическую работу.

Классификация двигателей

Поршневые двигатели классифицируют по следующим признакам:

• по способу воспламенения горючей смеси — от сжатия (дизели) и от электрической искры
• по способу смесеобразования — с внешним (карбюраторные и газовые) и внутренним (дизели) смесеобразованием
• по способу осуществления рабочего цикла — четырех- и двухтактные;
• по виду применяемого топлива — работающие на жидком (бензин или дизельное топливо), газообразном (сжатый или сжиженный газ) топливе и мно­готопливные
• по числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шестицилиндровые и т.д.)
• по расположению цилиндров — однорядные, или линейные (цилиндры расположены в один ряд), и двухрядные, или V-образные (один ряд цилиндров размещен под углом к другому)

На тракторах и автомобилях большой грузоподъемности применяют четырехтактные многоцилиндровые дизели, на автомобилях легковых, малой и средней грузоподъемности — четырехтактные многоцилиндровые карбюра­торные и дизельные двигатели, а также двигатели, работающие на сжатом и сжиженном газе.

Основные механизмы и системы двигателя

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из:

• корпусных деталей
• кривошипно-шатунного механизма
• газораспределительного механизма
• системы питания
• системы охлаждения
• смазочной системы
• системы зажигания и пуска
• регулятора частоты вращения

Устройство четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя показано на рисунке:

Рисунок. Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюра­торного двигателя:
1 — шестерни приводи распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толкатель; 4 — пружина; 5 — выпускная труба; 6 — впускная труба; 7 — карбюратор; 8 — выпускной кла­пан; 9 — провод к свече; 10 — искровая зажигательная свеча; 11 — впускной клапан; 12 — го­ловка цилиндра; 13 — цилиндр: 14 — водяная рубашка; 15 — поршень; 16 — поршневой палец; 17 — шатун; 18 — маховик; 19 — коленчатый вал; 20 — резервуар для масла (поддон картера).

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение ко­ленчатого вала и наоборот.

Механизм газораспределения (ГРМ) предназначен для своевременного соединения надпоршневого объема с системой впуска свежего заряда и вы­пуска из цилиндра продуктов сгорания (отработавших газов) в определенные промежутки времени.

Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (в карбюраторном и газовом двигателях) или наполнения ци­линдра воздухом и подачи в него топлива под высоким давлением (в дизеле). Кроме того, эта система отводит наружу выхлопные газы.

Система охлаждения необходима для поддержания оптимального теп­лового режима двигателя. Вещество, отводящее от деталей двигателя избы­ток теплоты, — теплоноситель может быть жидкостью или воздухом.

Смазочная система предназначена для подвода смазочного материала (моторного масла) к поверхностям трения с целью их разделения, охлажде­ния, защиты от коррозии и вымывания продуктов изнашивания.

Система зажигания служит для своевременного зажигания рабочей смеси электрической искрой в цилиндрах карбюраторного и газового двига­телей.

Система пуска — это комплекс взаимодействующих механизмов и сис­тем, обеспечивающих устойчивое начало протекания рабочего цикла в ци­линдрах двигателя.

Регулятор частоты вращения — это автоматически действующий меха­низм, предназначенный для изменения подачи топлива или горючей смеси в зависимости от нагрузки двигателя.

У дизеля в отличие от карбюраторного и газового двигателей нет сис­темы зажигания и в системе питания вместо карбюратора или смесителя ус­тановлена топливная аппаратура (топливный насос высокого давления, топ­ливопроводы высокого давления и форсунки).

Классификация двигателей автомобиля и их маркировка

Двигатели классифицируется по ряду характеристик:

• Число тактов. Большинство автомобильных двигателей работает и четырехтактном цикле.
• Расположение цилиндров. Чем больше цилиндров,тем ровнее ход двигателя, поскольку тем меньше интервал времени между механическими импульсами, создаваемыми во время рабочих тактов. В рядном двигателе все цилиндры расположены в один ряд.

Четырех-, пяти- и шестицилиндровые двигатели, как правило, по конструкции — рядные двигатели.

У V образных двигателей, например V-6 или V-8, цилиндры попарно установлены под углом друг к другу в два ряда, напоминая букву V.

Рис. Варианты расположения цилиндров в автомобильном двигателе

• Продольное или поперечное расположение двигателя. Двигатели устанавливаются вдоль продольной оси автомобиля (продольное расположение) или поперек нее (поперечное расположение). Один и тот же двигатель в разных моделях автомобилей может быть установлен по-разному.

Рис. Типичная схема компоновки ходовой части заднеприводного автомобиля с передним расположением двигателя

Рис. Два варианта расположения двигателя в переднеприводном автомобиле

Рис. V-образный шестицилиндровый двигатель, установленный в моторном отсеке переднеприводного автомобиля с продольным расположением двигателя

ПРИМЕЧАНИЕ

Хотя, может быть, и можно смонтировать один и тот же двигатель в разных моделях автомобилей, как с продольным, так и с поперечным расположением, однако комплектующие в обоих случаях могут оказаться не взаимозаменяемыми. Разными могут быть не только блоки цилиндров и коленчатые валы, но и водяные насосы.

• Количество и размещение клапанов и распределительных валов. Количество и размещение клапанов и распределительных валов является определяющим фактором в работе двигателя. В ранее выпускавшихся двигателях каждый цилиндр обычно оснащался одним впускным и одним выпускным клапаном. Во многих новых моделях двигателей каждый цилиндр оснащается двумя впускными и двумя выпускными клапанами. Клапаны приводятся в действие распределительным валом механизма газораспределения. Для достижения высокой скорости работы двигателя распределительный вал должен быть верхним (размещаться над клапанами). В некоторых двигателях для привода впускных и выпускных клапанов используются отдельные распределительные валы. При размещении распределительного вала в блоке цилиндров привод клапана осуществляется через толкатель клапана, штангу толкателя клапана и клапанное коромысло. Такой тип двигателя называется двигателем с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала. В двигателе с верхним расположением распределительного вала он стоит в головке блока цилиндров над клапанами. Если двигатель оснащен механизмом газораспределения с одним верхним распределительным валом, то для его обозначения используется аббревиатура SOHC (single overhead camshaft). Двигатель, оснащенный механизмом газораспределения с двумя верхними распределительными валами, обозначается аббревиатурой DOHC (double overhead camshaft).

Рис. Разрез двигателя с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала, на котором видны поршень, клапан, пружина клапана, клапанное коромысло и штанга толкателя клапана

Рис. Варианты размещения распределительного вала

Рис. Внешний вид V образного шестицилиндрового двигателя, оснащенного клапанным механизмом с двумя верхними распределительными валами, со снятыми крышками головок блока цилиндров и зубчатым ремнем привода распределительных валов

• Вид топлива. В большинстве двигателей в качестве топлива используется бензин, хотя выпускаются двигатели, работающие на метиловом спирте, природном газе, пропане, дизельном топливе.

ПРИМЕЧАНИЕ

В V-образном двигателе цилиндры расположены в два ряда. Таким образом, в двигателе схемы SOHC (с одним верхним распределительным валом) используется два распределительных вала — по одному в каждом ряду цилиндров. В двигателе схемы DOHC (с двумя верхними распределительными валами) используется четыре распределительных вала — по два в каждом ряду цилиндров.

• Способ охлаждения. В большинстве двигателей используется жидкостное охлаждение, но раньше выпускались двигатели и с воздушным охлаждением.
• Механизм впуска топпивно-воздушной смеси. Если топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры под нормальным давлением воздуха, такой двигатель называется безнаддувным. Для повышения мощности двигатели оснащаются турбокомпрессором или механическим компрессором для принудительного нагнетания смеси.

• Код двигателя по идентификационному номеру автомобиля (VIN). Приступая к техническому обслуживанию двигателя, необходимо прежде всего правильно расшифровать маркировку автомобиля, чтобы не ошибиться при заказе запчастей и заказать именно те, которые подходят к данному двигателю. Во-первых, автомобиль идентифицируется по названию компании-производителя, названию модели и году выпуска модели. Например:
  • Производитель: Chevrolet
  • Модель: Blazer
  • Год: 1998.

Точно установить год выпуска автомобиля бывает непросто. Выпуск новой модели, объявленной в продажу на будущий год, может начаться уже в январе предшествующего ему года. Обычно, но не всегда, выпуск моделей нового года начинается в сентябре-октябре текущего года. Вот почему идентификационный номер (VIN), которым маркируются автомобили, столь важен. Пример идентификационного номера показан на рисунке.

Рис. Фотография внешнего вида идентификационного номера автомобиля (VIN), который виден через ветровое стекло автомобиля

Начиная с 1981 г. все производители автомобилей маркируют автомобили этим 17-значным номером. Хотя часть из семнадцати позиций номера кодируется каждым производителем по собственному усмотрению, но есть позиции, правила кодирования которых жестко регламентированы. Например:

• Первый знак (буква или цифра) указывает страну происхождения.
  • 1 — США
  • 2 — Канада
  • 3 — Мексика
  • 4 — США
  • 6 — Австралия
  • 9 — Бразилия
  • J — Япония
  • К — Корея
  • L — Тайвань
  • S — Англия
  • V — Франция
  • W — Германия
  • Y — Швеция
  • Z — Италия
• Четвертый или пятый знак идентификационного номера обычно означает код модели.
• Восьмой знак номера обычно означает код двигателя (некоторые двигатели не удается идентифицировать по VIN-номеру).
• В десятой позиции номера на всех моделях указывается код года выпуска, в соответствии с таблицей, приведенной ниже.

Таблица кодировки года выпуска

• А — 1980
• В — 1981
• С — 1982
• D — 1983
• Е — 1984
• F — 1985
• G — 1986
• Н — 1987
• J — 1988
• К — 1989
• L — 1990
• М — 1991
• N — 1992
• Р — 1993
• R — 1994
• S — 1995
• T — 1996
• V — 1997
• W — 1998
• X — 1999
• Y — 2000
• 1 — 2001
• 2 — 2002
• 3 — 2003
• 4 — 2004
• 5 — 2005
• 6 — 2006
• 7 — 2007
• 8 — 2008
• 9 — 2009

Что такое Юлианское представление даты?

Изменения в конструкцию и комплектацию двигателя вносятся постоянно. Для технических специалистов информация о том, с какого момента вступило в силу то или иное изменение, сообщается в сервисных бюллетенях, руководствах по техническому обслуживанию и каталогах комплектующих — как правило, либо в виде граничного номера автомобиля, либо в виде Юлианской даты. Юлианская дата представляет собой просто порядковый номер дня года. Например, первое января в Юлианском представлении — это день 001, а 31 декабря, обычно, — день 365. Юлианское представление даты широко используется в промышленности. Само название связано с Юлием Цезарем, который впервые ввел календарь, в котором продолжительность года составляла 365 дней, а раз в четыре года — 366 дней. Выпускаются календари, в которых указаны Юлианские даты всех дней в году, что упрощает использование этой формы представления даты.

Классификация двигателей и их систем. Компоновка силовой установки машины

Двигатели могут быть классифицированы по различным признакам.

По назначению их подразделяют на стационарные и транспортные. К стационарным относятся двигатели генераторных, компрессорных, буровых и других установок. Они, как правило, работают в постоянном нагрузочном и скоростном режимах. К транспортным относятся двигатели автомобилей, тракторов, тепловозов, судов и других ТС.

По роду основного топлива для традиционных двигателей выделяют те, которые работают на тяжелом (дизельном) и легком (бензин, керосин) топливе, газовые, многотопливные и другие двигатели. Перспективным видом топлива для ТС в настоящее время считается водород.

По способу преобразования тепловой энергии в механическую различают двигатели внутреннего сгорания, у которых сгорание тогшивовоздушной смеси происходит внутри рабочего тела, и внешнего сгорания, у которых этот процесс осуществляется вне рабочего тела, и теплота передается через стенку.

По способу смесеобразования выделяют двигатели с внешним смесеобразованием (бензиновые карбюраторные и с впрыском топлива во впускной коллектор) и внутренним смесеобразованием (все дизели и бензиновые двигатели с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания).

По способу воспламенения рабочей жидкости различают двигатели с самовоспламенением и искровым зажиганием.

По способу осуществления рабочего цикла двигатели подразделяют на двух- и четырехтактные.

По способу регулирования мощности различают двигатели с количественным (изменяется количество смеси, поступающей в цилиндр), качественным (изменяется соотношение количества воздуха и топлива в смеси) и смешанным регулированием.

По конструкции традиционные двигатели подразделяют на поршневые, роторные, газотурбинные и другие, менее известные. На наземных ТС наиболее широкое распространение получили поршневые двигатели:

• рядные
• V-образные
• а также опозитные с углом развала между поршнями, равным 180°

Различают двигатели без наддува и с наддувом, который может быть динамическим, с турбокомпрессором и приводным компрессором (нагнетателем), а также комбинированным.

В настоящее время на ТС применяют в основном дизели и бензиновые поршневые четырехтактные ДВС. Их отличают автономность, относительная экономичность и высокая удельная мощность. К недостаткам поршневых ДВС можно отнести неоптимальную скоростную, характеристику (изменение мощности и вращающего момента на коленчатом валу в зависимости от частоты его вращения), токсичность отработавших газов, трудность пуска при низких температурах, высокий уровень вибрации и шума.

На колесные и гусеничные тягачи, грузовые автомобили и другие ТС средней и большой грузоподъемности чаще всего устанавливают быстроходные рядные и V-образные дизели, поскольку они экономичнее по сравнению с бензиновыми двигателями, а используемое в них топливо более дешевое и менее пожароопасное. Кроме того, достоинством дизелей является возможность значительного увеличения их мощности за счет применения наддува. Вместе с тем следует отметить, что удельная мощность дизелей меньше, чем у бензиновых двигателей, их топливная аппаратура более сложная и дорогостоящая, а пусковые качества ниже.

Большинство легковых, а также некоторые грузовые автомобили малой и средней грузоподъемности имеют бензиновые двигатели, которые по сравнению с дизелями обладают облегченным пуском при низких температурах, большей компактностью, как правило, повышенной приемистостью и меньшей шумностью. Ранее применялись лишь карбюраторные бензиновые двигатели. В настоящее время наиболее широкое распространение получили двигатели с форсуночным (инжекторным) впрыском бензина.

Для некоторых тяжелых ТС перспективны газотурбинные двигатели. Их преимуществами являются высокая удельная мощность, многотопливность, малая токсичность отработавших газов, возможность выхода на режим максимальной мощности двигателя сразу после пуска, низкий расход смазочного масла, хорошие пусковые качества при низких температурах, автоматическое изменение вращающего момента на валу в довольно широких пределах, малая продолжительность обслуживания, более плавная работа, пониженный уровень вибрации и меньшая эксплуатационная стоимость. К основным недостаткам газотурбинного двигателя, которые ограничивают его использование, следует отнести относительно высокий расход топлива (особенно при малых нагрузках и на холостом ходу), значительный расход воздуха, невысокие динамические (разгонные) характеристики и низкую надежность, связанную с проблемой обеспечения прочности турбинного колеса, которое работает в очень тяжелых температурных условиях.

Агрегаты СУ, обслуживающие двигатель, входят в определенные системы. Различают системы питания топливом, питания воздухом, охлаждения, подогрева двигателя, пуска двигателя, выпуска отработавших газов и смазочную систему. Для бензиновых двигателей с внешним смесеобразованием обычно не разделяют системы питания топливом и воздухом, а говорят просто о системе питания.

Взаимное расположение двигателя и агрегатов его вспомогательных систем в силовом отделении ТС отличается многообразием. Наиболее существенное влияние на компоновку СУ оказывают расположение двигателя в машине, его связь с трансмиссией, тип системы охлаждения, размещение ее агрегатов, топливных и масляных баков.

Все виды компоновочных решений СУ подчиняются общим требованиям, основными из которых являются изоляция СУ от других отделений ТС, рациональное использование объема машины, обеспечение эффективной и надежной работы двигателя и обслуживающих его систем, удобство доступа к агрегатам СУ при обслуживании и ремонте, удобство установки и снятия двигателя и агрегатов его систем.

По взаимному расположению двигателя, кабины (салона, отделения управления) и грузовой платформы (кузова, десантного отделения) различают шесть схем компоновки СУ с двигателем, расположенным:

1. перед кабиной
2. под кабиной
3. в кабине
4. между кабиной и грузовым отделением
5. в средней части машины, под грузовой платформой
6. в задней части машины

На колесных машинах общетранспортного назначения чаще всего применяются первая и вторая схемы, реже — третья. Компоновка СУ с расположением двигателя за кабиной (четвертая схема) используется в основном на тяжелых колесных тягачах, гусеничных тягачах малой и средней грузоподъемности. Пятая схема компоновки (двигатель находится в средней части машины) характерна для специальных ТС, назначение которых не позволяет устанавливать двигатель в другом месте. Двигатель, размещенный в задней части ТС, имеют многие гусеничные машины, автобусы и некоторые колесные машины специального назначения.

Двигатель может устанавливаться как вдоль, так и поперек продольной оси ТС. При продольном расположении двигателя его связь с агрегатами трансмиссии, как правило, наиболее проста (в наибольшей мере это относится к полноприводным многоосным колесным машинам). Однако в этом случае силовое отделение часто имеет большую длину, а в трансмиссии обязательно при-меняются конические зубчатые колеса. При поперечном расположении двигателя значительно сокращается длина силового отделения, но в ряде случаев усложняется связь двигателя с трансмиссией.

В моторном отделении машины двигатель может располагаться вертикально (чаще всего), наклонно или горизонтально. Последний вариант осуществляется тогда, когда небольшая высота моторного отделения имеет решающее значение по компоновочным соображениям.

Все агрегаты систем СУ должны располагаться как можно ближе к двигателю с целью наиболее рационального использования объема силового отделения и сокращения длины соединительных трубопроводов. В случае применения коротких трубопроводов уменьшается вибрация, вызывающая поломки и нарушение герметичности соединений, и снижается гидравлическое сопротивление, что в конечном счете повышает надежность и КПД двигателя и его систем.

Агрегаты СУ, требующие в процессе эксплуатации ТС периодического обслуживания (топливные и масляные фильтры, воздухоочистители, насосы, краны и др.), следует размещать в доступных местах. Эта задача часто весьма сложна, особенно при плотной компоновке моторного отделения. В связи с этим стремятся создавать такие конструкции агрегатов, которые не требуют периодического обслуживания в течение гарантийного срока службы двигателя.

Топливные баки размещают на свободных местах после определения положения двигателя, трансмиссии и других крупных агрегатов.

Воздухоочистители необходимо располагать в верхней части моторного отделения, где запыленность воздуха минимальна, и как можно ближе к двигателю, что уменьшит сопротивление впускного трубопровода.

Особенности размещения в силовом отделении жидкостных и масляных радиаторов или теплообменников определяются типами системы охлаждения и вентилятора.

Основными оценочными параметрами СУ в целом являются масса и габаритные размеры двигателя, а также всех обслуживающих его агрегатов и систем.

У современных колесных и гусеничных ТС доля массы СУ в общей массе машины довольно велика (до 20… 30 %). Наиболее тяжелый агрегат — двигатель, однако суммарная масса вспомогательных агрегатов (топливные баки с горючим, радиаторы, воздухоочистители, топливные и масляные фильтры, пусковые устройства и др.) также значительна.

Классификация типов двигателей | Двигатель автомобиля

Двигателям внутреннего сгорания присваиваются различные буквенно-цифровые коды, в зависимости от особенностей их конструкции. Помимо четырех-тактных бензиновых двигателей внутреннего сгорания в автомобилях применяются также дизельные и роторные двигатели.

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель широко применяется в автомобилях повышенной грузоподъемности и стационарных силовых установках, которые работают обычно на постоянной скорости. Дизельный двигатель обладает высоким термическим КПД, поэтому отличается высокой экономичностью. В выхлопных газах дизельного двигателя содержится низкий процент углеводородов и окислов углерода. Такие характеристики делают его хорошей альтернативой поршневому бензиновому двигателю в автомобилях. По конструкции оба двигателя очень похожи. Дизельный двигатель тяжелей и дороже бензинового. У этих двигателей принципиально разные топливные системы и системы зажигания. В дизельном двигателе в камеру сгорания всасывается только воздух. Он сжимается поршнем во время такта сжатия до такой степени, что нагревается при этом до температуры примерно 1000°Ф (540°С). Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, в камеру сгорания через топливную форсунку впрыскивается под давлением топливо. Под действием высокотемпературного сжатого воздуха топливо воспламеняется. Давление рабочего газа, образующегося в результате сгорания топлива, толкает поршень вниз, и он совершает рабочий такт. Коленчатый вал продолжает вращаться и заставляет поршень снова двигаться вверх, вытесняя отработавшие газы из камеры сгорания через выпускной клапан. Использование дизельного двигателя в легковых автомобилях сдерживается двумя факторами: высокой стоимостью двигателя и сложностью достижения очень низкой нормы окислов азота в выхлопных газах, регламентированной стандартами.

Рис. Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рис. Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя

Роторный двигатель

Вторым типом успешно реализованного альтернативного двигателя является роторный двигатель, называемый также по имени его изобретателя двигателем Ванкеля (Wankel). Единственный пример автомобиля с роторным двигателем, выпускаемого длительное время, — Mazda RX-7. Роторный двигатель обладает рядом преимуществ перед поршневым двигателем. Двигатель с вращающейся камерой сгорания работает ровно и обладает высокой удельной мощностью.

Поскольку конструкция двигателя обеспечивает большую охлаждающую поверхность камеры сгорания, он работает на низкооктановом бензине.

Принципиальной особенностью роторного двигателя является ротор, имеющий в поперечном сечении треугольную форму, который вращается в рабочей полости корпуса двигателя. Форма рабочей полости в плане представляет собой геометрическую фигуру, называемую двухлепестковой эпитрохоидой. Уплотнения на углах, или ребрах, ротора постоянно находятся в контакте с поверхностью полости, поэтому ротор должен совершать планетарное движение. Это означает, что центр ротора движется вокруг центра двигателя.

Рис. Рабочий цикл одной из камер сгорания роторного двигателя внутреннего сгорания

На рисунке показано планетарное движение ротора. При планетарном движении ротора между его гранями и стенками полости образуются расширяющиеся и сжимающиеся камеры. В расширяющуюся камеру через впускной канал засасывается топливно-воздушная смесь. На рисунке показан впускной канал в корпусе двигателя.

Рис. Роторный двигатель автомобиля Mazda (вид в разобранном состоянии)

Когда расширяющаяся камера достигает максимального объема, впускной канал отсекается от нее проходящим уплотнением ротора. Дальнейшее вращение ротора вызывает уменьшение объема камеры, в процессе которого происходит сжатие смеси. Искра свечи зажигания воспламеняет смесь. Высокое давление газов, образовавшихся при сгорании смеси, создает механический импульс, заставляющий ротор вращаться, расширяя камеру. Когда камера снова достигает максимального объема, одно из уплотнений на конце ротора минует выпускной канал, открывая его и позволяя отработавшим газам, находящимся под высоким давлением, покинуть камеру. Дальнейшее вращение ротора приводит к уменьшению объема камеры, в результате чего из нее выталкиваются остатки отработавших газов. На этом заканчивается рабочий цикл, аналогичный четырехтактному рабочему циклу поршневого двигателя. Ротор продолжает вращаться и рабочий цикл повторяется — начинается впуск новой порции смеси.

Помимо показанной на рисунке камеры сгорания, аналогичный рабочий цикл совершают еще две камеры сгорания, образуемые гранями ротора и стенкой рабочей камеры двигателя. В результате за один оборот ротора совершаются три последовательных рабочих цикла.

Энергия ротора заставляет вращаться эксцентриковый вал. Механизм действия этой кинематической схемы аналогичен механизму работы шатуна и коленчатого вала. За один оборот ротора эксцентриковый вал совершает три оборота. Таким образом, эксцентрик неизменно занимает правильную позицию, необходимую для восприятия каждого последующего импульсного момента вращения. Зубчатое колесо внутреннего зацепления, закрепленное на роторе, находится в зацеплении с зубчатым колесом внешнего зацепления, установленным на одном из торцов рабочей камеры двигателя. Назначение этой зубчатой передачи — поддерживать правильную синхронизацию ротора по отношению к эксцентрику и рабочей камере. Эти шестерни не участвуют в передаче крутящего момента (не испытывают нагрузки, создаваемой крутящим моментом).

Впускной и выпускной каналы в одних конструкциях двигателя проходят в стенке рабочей камеры, соприкасающейся с уплотнениями ротора, а в других — в ее торцевых стенках. Выемки в гранях ротора формируют камеры сгорания. Поскольку камера сгорания имеет достаточно большую длину, в некоторых конструкциях для быстрого, полного сгорания смеси используются две свечи зажигания. В этом случае требуются две отдельных системы зажигания.

Рис. При снятом роторе видна геометрическая форма рабочей камеры роторного двигателя (так называемая эпитрохоида). Плавность обводов рабочей камеры — свидетельство высокого класса технологии

Рис. Ротор со снятым уплотнением ребер

Классификация двигателей. Типы двигателей, их назначение, устройство и принцип работы

Классификация двигателей включает в себя несколько больших групп этих устройств. Стоит отметить, что каждая отдельная группа, в свою очередь, разделяется на еще несколько более мелких. Это обосновано тем, что на сегодняшний день человеком было изобретено огромное количество различного рода двигателей.

Способ приготовления смеси

Классификация двигателей внутреннего сгорания может также осуществляться по тому, каким способом было приготовлено топливо для их работы. К примеру, выделяют два основных вида — это с внешним смесеобразованием и с внутренним смесеобразованием. Под смесеобразованием понимают процесс, в результате которого получают топливо для работы двигателя. Под внешним смесеобразованием понимают процесс приготовления топлива для работы двигателя вне его пределов, то есть в карбюраторе или в смесителе. Естественно, что к этой группе относят те виды этих устройств, которые не способны производить смесь самостоятельно.

К внутреннему смесеобразованию относится тот случай, когда процесс производства смеси происходит непосредственно в самом цилиндре двигателя.

Жидкое топливо

Двигатели на жидком топливе относятся к типу ракетных двигателей, то есть используются для запуска ракет. Состоит такое устройство из следующих частей:

• Камера сгорания с соплом. Эти элементы служат для того, чтобы преобразовывать химическую энергию топлива в тепловую. После завершения этого процесса начинается следующий, суть которого, заключается в последующем превращении уже имеющейся тепловой энергии, в кинетическую. Тут важно отметить, что камера сгорания, как и сопло, и впрыскивающее устройство, считаются отдельным агрегатом.
• Следующими элементами являются клапаны регулировки подачи топлива, а также непосредственно сам двигатель. Предназначение этих клапанов, как ясно из названия, — это регулировка подачи топлива. Это довольно важный процесс, так как характеристика двигателя типа этого зависит от объема подаваемого топлива. В зависимости от количества рабочего вещества, поступающего в двигатель, будет изменяться его тяга.

Устройства на жидком топливе

В классификации двигателей с жидким веществом в качестве топлива, их относят к группе ракетных устройств. Важно отметить, что в качестве рабочей жидкости можно использовать самое разное топливо. Тут необходимо понимать, что выбор смеси для запуска агрегата будет зависеть от характеристик, предназначения, мощности, а также от продолжительности работы самого двигателя.

Среди всех требований, которые чаще всего предъявляются именно к этому классу устройств — это наименьший расход рабочей смеси или же, что то же самое, максимальная удельная тяга. Когда возникает необходимость в выборе смеси для работы двигателя на жидком топливе, обращают внимание на такие параметры, как: скорость воспламенения и горения, плотность, испаряемость, ядовитость, вязкость и еще несколько важных характеристик.

Агрегат с твердым топливом

Классификация двигателей включает в себя еще один вид устройств. Эти агрегаты работают на слегка непривычном, твердом топливе. Тут важно отметить, что сфера применения этих двигателей также ракетная. В качестве основного вещества, являющегося топливом для этого устройства, стал порох. Особенность работы заключается в том, что агрегат работает до тех пор, пока не израсходует весь запас до конца. Сам же порох помещается непосредственно в камеру сгорания двигателя. Такие устройства стали называть твердотопливными ракетными двигателями, или РДТТ.

Тут важно отметить, что именно этот класс двигателей является одним из наиболее старых. К тому же именно этот тип устройств стал первым, который нашел свое практическое применение. Еще один важный факт заключается в том, что ранее в качестве топлива использовался дымный порох. С развитием технологий изменился и вид смеси. Людям удалось изобрести бездымный порох для применения в качестве топлива для ракетных двигателей.

Бестопливный двигатель

Один из довольно интересных классов агрегата — это двигатель, не использующий для своей работы какую-либо топливную смесь. Чаще всего такие типы устройств используются, как приводы вращения. Состоит этот агрегат из таких частей, как: диск или маховик, который закрепляется на оси. На этой же детали имеется один или же несколько постоянных магнитов ротора.

Важным условием является то, что эти магниты, как и сам диск или маховик, должны быть установлены так, чтобы ничего не мешало их свободному вращению вокруг своей оси. Еще одна важнейшая деталь бестопливного двигателя — это цилиндрический постоянный магнит стопора, который неподвижно закреплен на штоке, установленном параллельно диску или маховику. Постоянный цилиндрический магнит может вместе со штоком перемещаться в ту зону, где в данный момент времени имеется магнитное поле, созданное магнитами ротора.

Принцип работы бестопливного агрегата

Принцип работы данного устройства заключен в том, что все его магниты повернуты одноименными полюсами в сторону друг друга. Так как одноименные магнитные полюса будут всегда отталкиваться друг от друга, то их движения заставит диск или маховик вращаться вокруг своей оси. Кроме этого типа двигателя, имеется еще один, который очень схож по своему принципу работы с бестопливным.

Таким устройством стал магнитный двигатель, который имеет статор в виде постоянного магнитного кольца, а также ротор (или его еще называют якорь). Этот элемент представляет собой стержневой постоянный магнит, который размещен внутри статора в одной плоскости.

Недостатком таких типов двигателей стало то, что они нуждаются в подводе электроэнергии для осуществления своей работы. При изобретении такого типа устройства ставилось несколько целей. Необходимо было добиться экологически чистого вида двигателя, который бы не имел вредных выхлопов в процессе своей работы, а также работал без потребления какого-либо вида топлива и без подвода электрической энергии из внешних источников. При этом он также не должен был загрязнять окружающую среду или атмосферный воздух.

Авиационные двигатели

Прежде чем приступить к описанию конкретного класса двигателей, лучше всего разобраться, по какому принципу их разделяют. В настоящее время эта группа классифицируется на два принципиально разных вида. Единственным отличительным признаком одной группы от другой стала возможность работы устройства вне пределов атмосферы. Другими словами, первая категория агрегатов требует для своей работы наличия атмосферы, вторая же не привязана к этому показателю и может эксплуатироваться вне ее пределов. Первая группа получила название атмосферных или воздушных, вторая же называется ракетной.

Стоит отметить, что условно эти типы устройств называют, как винтовыми воздушными двигателями и воздушными реактивными двигателями самолета.

Группа реактивных устройств

Вторая категория устройств, то есть реактивная, включает в себя такие агрегаты, как: турбореактивные воздушные двигатели, прямоточные воздушно-реактивные двигатели. Основное различие этих двух типов устройств заключается в том, что у прямоточных реактивных устройств, сжатие воздуха происходит за счет подвода механической энергии в тракт двигателя. Для работы этого агрегата необходимо создать повышенное статическое давление. Этого эффекта добиваются путем торможения, движущегося во входном устройстве воздухозаборника, воздуха.

Двухконтурные реактивные

Реактивный двигатель самолета этого типа — двухконтурный турбореактивный появился на свет из-за того, что людям требовалось создать устройство, которое бы имело повышенный тяговый коэффициент полезного действия. Добиться повышения этого показателя необходимо было на огромных дозвуковых скоростях. Принцип работы этого устройства выглядит примерно так.

На двигатель набегает воздушный поток, далее он попадает в воздухозаборник, где разделяется на несколько частей. Одна часть проходит через устройство высокого давления, расположенного в первом контуре. Вторая же часть забранного воздуха проходит через лопатки вентилятора во втором контуре. Тут стоит отметить, что принцип построения первого контура в двигателе ТРДД аналогичен тому, что использовался в контуре его предшественника ТРД, а потому и работает он соответственно. А вот действие вентилятора, расположенного во втором контуре движка, аналогично тому, как функционирует многолопастный воздушный винт, который вращается в кольцевом канале.

Можно добавить, что использовать двигатель ТРДД можно и на сверхзвуковых скоростях, но для этого необходимо предусмотреть наличие системы сжигания топлива в его втором контуре, чтобы повысить тягу устройства.