Классификация поршневых ДВС:
По способу смесеобразования: с внешним смесеобразованием (бензиновые и газовые); с внутренним смесеобразованием (дизели).
По способу воспламенения рабочей смеси: с принудительным воспламенением (бензиновые и газовые); с самовоспламенением (дизели).
По способу осуществления рабочего цикла: четырехтактные; двухтактные.
По числу цилиндров: одно-; двух-; многоцилиндровые.
По расположению цилиндров: рядные с вертикальным или наклонным расположением цилиндров; V-образные с расположением цилиндров под углом; оппозитные (расположение цилиндров под углом 180°).
По способу охлаждения: с жидкостным или с воздушным охлаждением.
По виду применяемого топлива: бензиновые; дизели; газовые; многотопливные.
По способу наполнения цилиндра свежим зарядом: без наддува; с наддувом.
Основными частями поршневого ДВС являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы пуска, питания, охлаждения, зажигания (кроме дизелей) и система смазки.
Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания.
Система пуска предназначена для запуска двигателя. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания.
Система смазки служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания.
Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей.
Система зажигания предназначена для принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя.
Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и давления. Под действием разницы давлений сверху и снизу поршень будет перемещаться вниз, при этом газы - расширяться, совершая полезную работу. Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя:
1) Впуск. Поршень движется от ВМТ к НМТ, под действием образующегося разрежения через открытый впускной клапан в цилиндр засасывается горючая смесь (бензиновые двигатели) или воздух (дизели).
2) Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
3) Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры (бензиновые двигатели). У дизелей в этот момент через форсунку впрыскивается топливо, которое, перемешиваясь с воздухом, воспламеняется под действием высокой температуры в цилиндре. Температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.
4) Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод.
«+» дизелей: более экономичен (расход топлива на единицу мощности меньше примерно на 30%), более экологичен, более надежен в работе. «-»: хуже приемистость, повышенная шумность работы, сложнее запуск в зимнее время, больше размеры и масса.
Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов – в конце хода расширения, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей - продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха.
У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:
1) Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
2) Рабочий ход. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводят практически к увеличению мощности только на 60...70%. Недостатком является также худшая топливная экономичность.
Исходными для определения продольных реакций на ведущих колесах АТС являются скоростные характеристики двигателя. Скоростными называют характеристики, которые представляют графические зависимости эффективной мощности Ne и крутящего момента Ме от частоты ne вращения коленчатого вала двигателя. Различают внешние (при полной подаче топлива) и частичные характеристики, с ограничителем (у всех дизелей и высокофорсированных бензиновых двигателей грузовых автомобилей и автобусов) и без ограничителя (в основном бензиновые двигатели легковых автомобилей) частоты вращения вала.
На графиках внешних скоростных характеристик можно выделить следующие точки:
Ne max – максимальная эффективная мощность при полной подаче топлива в двигатель, кВт;
Me max – максимальный крутящий момент, Н.м;
ne min – минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала, об/мин;
nM – частота вращения при максимальном моменте, об/мин;
nN – частота вращения при максимальной мощности (номинальная), об/мин.
Для оценки тяговой динамики АТС большое значение имеет запас крутящего момента в диапазоне частот вращения коленчатого вала nN … nM
