33

1. Области применения и элементы классификации двигателей

Устройства, преобразующие какой-либо вид энергии в меха­ническую работу, называются двигателями. Машины, трансформирующие тепловую энергию в механи­ческую работу, носят название тепловых двигателей (ТД).

ТД являются основным типом энергетической установки на всех видах транспорта (железнодорожный, речной, морской, ав­томобильный и воздушный), на сельскохозяйственных и дорож­ностроительных машинах. Различают ТД стационарные и транспортные.

Для транспортных двигателей характерна работа при из­менении в широких пределах скоростного и нагрузочного ре­жимов, а также необходимость сохранения работоспособности при изменениях положения двигателя в пространстве.

По способу подвода теплоты к рабочему телу различают двигатели с внешним подводом теплоты (ДВПТ) и двигатели внутреннего сгорания (ДВС).

Для ДВС характерно следующее: сжигание топлива, выделение теплоты и преобразование ее в механическую работу происходят непосредственно в цилинд­ре двигателя;

ДВС по сравнению с ДВПТ имеют, как правило, существен­но меньшие габариты и массу на единицу производимой мощ­ности, вследствие чего они являются в настоящее время основ­ным типом транспортных энергетических установок.

По конструкции элементов, с помощью которых тепловая энергия сгорающего топлива преобразуется в механическую ра­боту, различают: поршневые ДВС с возвратно-поступательно движущимися поршнями (ПДВС); двигатели с вращающимися поршнями, или роторно-поршневые ДВС (РПД);

По способу воспламенения смеси различают ДВС с принуди­тельным зажиганием и дизели, ра­ботающие с воспламенением от сжатия. Двигатели с искровым зажиганием могут быть карбюратор­ные и газовые По другому признаку классификации эти двигатели относят к ДВС с внешним смесеобразованием. Имеются также двигатели с впрыском топлива непосредст­венно в цилиндр или во впускной трубопровод

Дизель относится к двигателям с внутренним смесеобразова­нием

По способу осуществления цикла различают двухтактные и четырехтактные ДВС. Из определения такта работы как совокупности процессов, протекающих в цилиндре двигателя при перемещении поршня между верхней и нижней мертвыми точками (ВМТ и НМТ), следует, что в четырехтактном ДВС рабочие процессы совершаются за два оборота коленчатого вала, в двухтактном -— за один. J

2. Процесс расширения.

Расширение, протекающее в течение рабочего хода поршня, является в безнаддувных двигателях единственным процессом, в котором совершается полезная работа, обеспечивающая на валу двигателя положительный крутящий момент.

Расширение происходит при переменных величинах поверх­ности теплоообмена, а также давления в надпоршневом простра­нстве, и сопровождается потерями незначительного количества рабочего тела через кольцевые уплотнения.

В начале процесса расширения еще продолжается сгорание топлива. Его теплота идет в основном на повышение внутренней энергии РТ, поскольку перемещение поршня невелико и соверша­емая газами положительная работа незначительна.Часть же вы­делившейся при сгорании теплоты отводится через поверхности КС в систему охлаждения. Несмотря на увеличение надпоршневого объема, по мере вращения коленчатого вала давление в цилиндре в начале хода поршня от ВМТ повышается из-за сгорания топлива с выделением больших количеств теплоты, чем суммарные ее затраты на теплообмен и совершаемую работу. В дизелях увеличение давления после прохождения поршнем ВМТ продолжается дольше, чем в двигателях с искровым зажи­ганием. Следствием выделения теплоты при сгорании, вызыва­ющим увеличение давления заряда, являются отрицательные те­кущие значения показателя политропы расширения п2 в начале такта расширения.

Дальнейшее перемещение поршня в сторону НМТ сопровож-дается уменьшением выделяющейся при сгорании топлива тепло-t ты, а также увеличением затрат теплоты на совершение работы 'и на теплообмен. Результатом этого является замедление нара­стания давления и достижение им своего максимального значе­ния, после чего начинается резкое его понижение.

Максимальное значение температуры РТ в цилиндре дости­гается позже, чем рг. На участке между максимумами давления и температуры мгновенные значения политропы расширения щ становятся положительными. Очевидно, что при достижении Гщи теплота, выделяющаяся при догорании топлива, будет чис­ленно равна (за вычетом потерь в стенки) совершаемой газами работе, т. е. в какое-то мгновение процесс расширения становится квазиизотермическим и л2=1. Начиная с этого мгновения имеет . место падение температуры.