Классификация двигателей. Основные определения

Для привода современных дорожных и строительных машин при­ меняют поршневые двигатели внутреннего сгорания, которые клас­сифицируют по нескольким признакам.
По назначению двигатели подразделяют на транспортные, ста­ционарные и специального назначения. На дорожных и строитель­ных машинах в основном используют двигатели первой группы.
По роду применяемого топлива — на двигатели легкого жид­кого топлива, работающие на бензине; двигатели тяжелого жид­кого топлива, работающие на дизельном топливе; двигатели газо­вого топлива, работающие на генераторном, природном и сжижен­ном пропан-бутановом газах; двигатели смешанного топлива, в ко­торых основное топливо — газ, а для воспламенения использу­ются присадки жидкого топлива, и, наконец, многотопливные двигатели, конструкция которых позволяет использовать в качестве топлива бензин, керосин, дизельное топливо и т. д.
По способу образования горючей смеси различают двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. У двигателей первой группы горючая смесь из топлива и воздуха образуется внутри цилиндров (дизели), а у двигателей второй группы — вне цилин­дров (у карбюраторных двигателей — в карбюраторе, у газовых — в смесителе).
В зависимости от способа воспламенения горючей смеси дизели относят к двигателям с воспламенением от сжатия, в которых вслед­ствие высокой температуры сжатого воздуха топливо, подаваемое в цилиндры, воспламеняется без постороннего источника зажига­ния. По этому признаку карбюраторные и газовые двигатели назы­вают двигателями с принудительным зажиганием горючей смеси электрической искрой. На дорожных и строительных машинах пре­имущественно применяют дизели и карбюраторные двигатели, ра­ботающие на жидком топливе.
По способу охлаждения различают двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.
По числу рабочих цилиндров двигатели бывают одно-, двух-, трех-, четырех-, шестицилиндровыми и т. д., а по расположению цилиндров — горизонтальными, вертикальными (большая часть со­ временных двигателей), V -образными и др.
Основными показателями работы двигателя являются эффектив­ная мощность, частота вращения коленчатого вала в минуту, кру­тящий момент, часовой и удельный эффективный расходы топлива, эффективный коэффициент полезного действия (КПД), а также расход смазочного масла на 1 кВт-ч.
Эффективной мощностью двигателя называется мощность, раз­виваемая на коленчатом валу. Применительно к дизелям, устанав­ливаемым на строительных и дорожных машинах, различают сле­дующие виды эффективной мощности: номинальную, эксплуатацион­ную и максимальную, которые согласно ГОСТ 18509—73 характери­зуются следующим образом.
Номинальная мощность — эффективная мощность дизеля, изготовленного и отрегулированного в соответствии с тех­нической документацией предприятия-изготовителя, без вентиля­тора, воздухоочистителя, глушителей шума впуска и выпуска, искрогасителя, выпускной трубы и нейтрализатора отработавших газов, с отключенными генератором, гидронасосом и компрессором, прошедшего обкатку в течение не более 60 ч, гарантируемая пред­ приятием-изготовителем при работе на номинальном скоростном режиме при полной подаче топлива и стандартных атмосферных условиях, температуре и плотности топлива.
Эксплуатационная мощность — эффективная мощность дизеля, изготовленного и отрегулированного в соответ­ствии с технической документацией предприятия-изготовителя, с вентилятором, воздухоочистителем, глушителями шума впуска и выпуска, искрогасителем, выпускной трубой и нейтрализатором отработавших газов, если они входят в комплект дизеля, установ­ленного на машине, с отключенными или работающими без на­грузки генератором, гидронасосом и компрессором, прошедшего обкатку в течение не более 60 ч, при работе на номинальном скорост­ном режиме при полной подаче топлива и стандартных атмосфер­ных условиях, температуре и плотности топлива.
Максимальная мощность  N_e — наибольшее зна­чение эффективной мощности, развиваемой дизелем, изготовленным, отрегулированным и укомплектованным в соответствии с техниче­ской документацией предприятия-изготовителя, при полной подаче топлива. Мощность двигателя выражают в киловаттах (кВт).
 Крутящий момент характеризует нагрузку, которую вал дви­гателя может передать трансмиссии. Крутящий момент — средний за цикл момент, передаваемый от коленчатого вала дизеля ма­шине.
Часовой расход топлива G_T показывает, какое количество топ­лива потребляет двигатель при данном режиме работы за один час (кг/ч).
Удельный эффективный расход топлива q_e получается от деления часового расхода топлива на развиваемую двигателем эффектив­ную мощность и выражается в граммах на один киловатт в час (г/кВт•ч).
 Об экономичности двигателей судят по удельному эффективному расходу топлива, который составляет на режиме номинальной мощ­ности у дизелей 240—300, а у карбюраторных двигателей 300— 380 г/кВт-ч. Зная удельный эффективный расход топлива q_e и эффективную мощность двигателя N_e , можно подсчитать часовой рас­ход топлива
                                                                                            G_T =q_eN_e
Для оценки экономичности работы двигателей введено понятие
эффективного коэффициента полезного действия η_е, которое опре­деляется по формуле
                                                                                           η_е = Q_e/Q_T
где Q_e — количество тепла, превращенного в полезную работу на коленчатом валу двигателя; Q_T — количество тепла, подведенного к двигателю с топливом при условии полного его сгорания.
Величина эффективного КПД η_е для карбюраторных двигателей составляет 0,2—0,3, а для дизелей — 0,32—0,38. 

Следовательно, в полезную работу в двигателях превра­щается только часть энергии, соответ­ствующей теплотворной способности из­ расходованного топлива, причем дизели наиболее экономичны.
Дизели также отличаются большей надежностью, возможностью использо­вать дешевое топливо, меньшей токсич­ностью отработавших газов, меньшей пожарной опасностью и поэтому их бо­лее широко применяют на дорожных и строительных машинах, чем карбюратор­ные двигатели.
Главными конструктивными параметрами двигателя  являются диаметр цилиндра, ход поршня, число цилиндров, габариты и масса двигателя.
Ходом поршня S (рис. 1) называется расстояние между крайними положе­ниями поршня в цилиндре (верхней и нижней мертвыми точками). Объем ци­линдра над поршнем, находящимся в крайнем нижнем положении (н. м. т.),
называется полным объемом цилиндра V_a .
Объем цилиндра над поршнем, нахо­дящимся в крайнем верхнем положении (в. м. т.), составляет объем камеры сго­рания V_c.
Разность между полным объемом и объемом камеры сгорания является ра­бочим объемом цилиндра V_n. Сумма рабочих объемов всех цилинд­ров, выраженная в литрах, называется литражом двигателя.
Число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания, называется степенью сжатия.
 Степень сжатия большинства карбюраторных двигателей находится в пределах 5—9, а дизелей — 15—20.
По частоте вращения двигателя и величине хода поршня опреде­ляют среднюю скорость поршня, м/с:

                   С_m = S_n/30 

где S — ход поршня, м; n — частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.
В зависимости от средней скорости поршня С_m различают следующие двигатели: до 6 м/с — тихоходные, 6—9 м/средней быстроходности, более 9 м/с — быстроходные.
 На дорожных и строительных машинах используют двигатели средней быстроходности или быстроходные. В табл. 1 приведен перечень двигателей внутреннего сгорания, а также отечественных дорожных и строительных машин, на которых эти двигатели устанавливают.

Более подробные технические характеристики двига­телей даны во второй и третьей частях, где описана конструк­ция конкретных моделей.