Меню
    Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Классификация двигателей

Тепловые двигатели можно классифицировать по различным признакам

1. По назначению двигатели делят на:

а) стационарные, применяемые на электростанциях, для привода насосных установок, на нефти- и газоперекачивающих установках, в сельском хозяйстве и т. п.;

б) транспортные, устанавливаемые на автомобилях, тракторах, самолетах, судах, локомотивах и других транспортных машинах и передвижных установках.

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

а) легком жидком топливе (бензине и керосине);

б) тяжелом жидком топливе (мазуте, соляровом масле, дизельном топливе и газойле);

в) газовом топливе (генераторном, природном, промысловом 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 двигатели классифицируют на двигатели:

а) внутреннего сгорания поршневые и роторно-поршневые, в которых процессы химического реагирования и превращения тепловой энергии в механическую работу происходят во внутрицилиндровом объеме (в надпоршневом пространстве);

б) с внешним подводом теплоты. Сюда относятся: газотурбинные двигатели, в которых процессы химического реагирования происходят в отдельном агрегате (камере сгорания), образующееся при этом рабочее тело (продукты сгорания) поступает на лопатки колеса турбины, где совершает работу;

в этих двигателях рабочим телом являются продукты сгорания, образующиеся в процессе сгорания смеси в камере. Это позволяет также отнести газовые турбины к двигателям внутреннего сгорания;

двигатели, где теплота к постоянно циркулирующему по замкнутому контуру рабочему телу подводится в теплообменнике, а тепловая энергия затем используется в расширительном цилиндре (паровые двигатели, работающие по циклу Рэнкина, и двигатели, работающие по циклу Стирлинга);

в) комбинированные, в которых сгорание топлива осуществляется в поршневом двигателе, являющемся генератором газа, механическая работа совершается в цилиндре поршневого двигателя и частично на лопатках колеса газовой турбины (свободнопоршневые генераторы газов, турбопоршневые двигатели и т. п.).

4. По способу смесеобразования поршневые двигатели внутреннего сгорания Делят на двигатели:

а) с внешним смесеобразованием горючая смесь образуется вне цилиндра (карбюраторные и газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускную трубу);

б) с внутренним смесеобразованием при впуске в цилиндр поступает только воздух, а рабочая смесь образуется внутри цилиндра. По такому способу работают дизели, в которых топливо в камеру сгорания подается, когда поршень находится вблизи верхней мертвой точки (в. м. т.) в конце процесса сжатия; двигатели с искровым зажиганием и впрыском топлива в цилиндр и газовые двигатели с подачей жидкого топлива или газа в цилиндр в начале процесса сжатия;

в) с расслоением заряда, при котором в различных зонах камеры сгорания образуется рабочая смесь разного состава.

5. По способу воспламенения рабочей смеси различают двигатели:

а) с воспламенением рабочей смеси от электрической искры (с искровым зажиганием);

б) с воспламенением от сжатия (дизели);

в) с форкамерно-факельным зажиганием, в которых смесь воспламеняется искрой в специальной камере сгорания небольшого объема, а дальнейший процесс горения происходит в основной камере;

г) с воспламенением газового топлива от небольшой порции дизельного топлива, воспламеняющегося от сжатия, газожидкостный процесс.

6. По способу осуществления рабочего цикла поршневые двигатели разделяются на:

а) четырехтактные без наддува (впуск воздуха из атмосферы) и с наддувом (впуск свежего заряда под давлением);

б) двухтактные без наддува и с наддувом.

Применяют наддув с приводом компрессора от газовой турбины, работающей на отработавших газах (газотурбинный наддув); от компрессора, механически связанного с двигателем, и от компрессоров, один из которых приводится в действие газовой турбиной, а другой двигателем.

7. По способу регулирования в связи с изменением нагрузки различают двигатели:

а) с качественным регулированием, в которых при постоянном количестве вводимого в цилиндр воздуха увеличивается или уменьшается количество подаваемого топлива и состав смеси изменяется;

б) с количественным регулированием, в которых состав смеси остается постоянным и меняется только ее количество;

в) со смешанным регулированием изменяются количество и состав смеси.

8. По конструкции различают:

а) поршневые двигатели; они, в свою очередь, делятся:

по расположению цилиндров на вертикальные рядные, горизонтальные рядные, V-образные, звездообразные и с противолежащими цилиндрами;

по расположению поршней на однопоршневые (в каждом цилиндре имеются 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 биротор-ный двигатель.

9. По способу охлаждения различают двигатели:

а) с жидкостным охлаждением;

б) с воздушным охлаждением.

На автомобилях применяют поршневые двигатели с воспламенением от искры (карбюраторные, газовые, с впрыском топлива) и с воспламенением от сжатия (дизели), а также роторно-поршневые двигатели. Для автомобилей малой грузоподъемности иногда используются электрические двигатели, работающие от аккумуляторных батарей.

На некоторых опытных автомобилях устанавливают двигатели газотурбинные, паровые, а также с внешним подводом теплоты, работающие по циклу Стирлинга.

Основные показатели и условия работы автомобильных двигателей

Основными показателями, характеризующими качество двигателей внутреннего сгорания, являются следующие:

1. Надежность всех элементов конструкции.

2. Степень совершенства преобразования тепловой энергии в механическую; она оценивается КПД или удельным расходом топлива, представляющим собой количество топлива (в массовых или объемных единицах), расходуемого в единицу времени на единицу мощности.

3. Мощность двигателя, отнесенная к единице рабочего объема цилиндра или к единице площади поршня (удельная мощность).

4. Масса двигателя, приходящаяся на единицу мощности (удельная масса), и его габаритные размеры.

5. Степень токсичности и дымности отработавших газов, уровень шума при работе двигателя.

6. Простота конструкций, удобство обслуживания и стоимость изготовления двигателя, его эксплуатации и ремонта.

7. Надежность пуска двигателя.

8. Перспективность конструкции, позволяющая производить дальнейшую ее модернизацию путем форсирования двигателя и повышения его показателей в соответствии с уровнем развития техники.

Для транспортных двигателей важным качеством является быстрая приспособляемость к работе на переменных режимах в зависимости от условий эксплуатации.

(где Празн максимальная частота вращения холостого хода при установке органов управления впуском топливовоздушной смеси или впрыском топлива на максимальную подачу) вся мощность двигателя расходуется на трение и приведение в действие вспомогательных механизмов. Работа двигателя по условиям надежности при пРазн не допускается.

(точка ах). В зависимости

Линия 2 характеризует режим работы при почти постоянной частоте вращения коленчатого вала (регуляторная характеристика). Соответствие между вырабатываемой двигателем на этом режиме мощностью и потребляемой устанавливается автоматически регулятором. Точка Ъ характеризует работу двигателя без нагрузки. Режим работы двигателя с использованием регулятора характерен для стационарных силовых установок, а также для двигателей транспортных машин. В этом случае положение оргапов управления подачей топливовоздушной смеси или топлива изменяется в соответствии с потребляемой мощностью автоматически регулятором.

Небольшое увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя при снижении мощности связано с принципом действия регулятора.

Для автомобильных двигателей с искровым зажиганием вследствие ряда причин, связанных с условиями эксплуатации, рассматриваемый режим (линия 2) не является типичным и используется только в случае движения нагруженного автомобиля (например, автопоезда и т. п.) с мало изменяющейся скоростью на одной передаче.

(где В коэффициент пропорциональности).

По винтовой характеристике работают двигатели, в которых развиваемая мощность передается на винт (авиационные, судовые и др.).

В случае использования двигателя в качестве энергетической установки на автомобиле следует учитывать, что в зависимости от дорожных условий, скорости движения и нагрузки автомобиля необходимые для движения мощность двигателя и частота вращения коленчатого вала меняются в широких пределах. Опыт эксплуатации автомобилей показывает, что большую часть времени двигатель работает с неполной нагрузкой при различной частоте вращения. При движении автомобиля на одной передаче по горизонтальному участку пути зависимость потребляемой им мощности от скорости движепия близка к винтовой характеристике.

) и

кВт.

В указанном диапазоне режимов двигатель работает примерно 64% времени. При езде автомобиля по шоссе с небольшой интенсивностью движения этот двигатель преимущественно (в течение примерно 90 % времени) работает с высокой частотой вращения при изменении мощности от 37 кВт до номинальной.

Характерные режимы эксплуатации грузовых автомобилей в условиях езды по городу с интенсивным движением показаны на рис. 2, а. Опыты установили резкие колебания скорости движения Va (кривая 2) и частоты вращения коленчатого вала двигателя (кривая 2).

а карбюраторного в условиях городской езды; б дигеля (ЯМЗ) за полный цикл работы автомобиля в карьере; МКр отношение крутящего момента при данном числе частоты вращения к наибольшему

Причем большую часть времени двигатель работал со сравнительно мало открытой дроссельной заслонкой (кривая 3). Предельное открытие дроссельной заслонки составляло 40%.

Результаты исследования работы двигателя автомобилей КрАЗ-256 и БелАЗ-540А за полный цикл их работы в карьере (рис. 2, б) показали, что крутящий момент Мкр двигателя ЯМЗ-238 (кривая 4) менялся от момента холостого хода до момента, равного 40% максимального, а двигателя ЯМЗ-240 (с наддувом) до момента, составляющего 60% максимального (кривая 5). Длительность работы дизеля ЯМЗ-238 при наибольшей нагрузке составила примерно половину времени цикла, дизеля ЯМЗ-240Н четверть времени. Частота вращения коленчатого вала менялась примерно в 4 раза.

Таким образом, особенностью эксплуатации автомобильного двигателя является частое и, в некоторых случаях, резкое изменение скоростного и нагрузочного режимов. Изменение мощности и скоростного режима автомобильного двигателя (заштрихованная область на рис. 1) ограничено внешней скоростной характеристикой и ветвью регуляторной характеристики (линия 2).

Реклама