Пристрої, що перетворюють будь-якої вид енергії в механічну роботу, називаються двигунами.
Машини, що трансформують теплову енергію в механічну роботу, носять назву теплових двигунів (ТД).
ТД є основним типом енергетичної установки на всіх видах транспорту (залізничний, річковий, морський, автомобільний і повітряний), на сільськогосподарських і дорожньо-будівельних машинах. Розрізняють ТД стаціонарні і транспортні.
Для транспортних двигунів характерна робота при зміні в широких межах швидкісного і навантажувального режимів, а також необхідність збереження працездатності при змінах положення двигуна в просторі. До них пред'являються підвищені вимоги по зменшенню габаритів і маси.
За способом підведення теплоти до робочого тіла (РТ) (РТ - це субстанція, за допомогою якої відбувається перетворення теплової енергії в механічну роботу) розрізняють:
- двигуни із зовнішнім підведенням теплоти (ДВПТ)
- двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ).
Для ДВПТ характерні наступні особливості:
- теплота до РТ підводиться поза робочим циліндра двигуна (зазвичай в теплообміннику);
- РТ не оновлюється і циркулює в різних агрегатних станах по замкнутому контуру;
- робота відбувається в турбіні або в розширювальному циліндрі.
Класичний приклад цього типу ТД - паровий двигун, схема якого наведена на малюнку.
Мал. Схема парового двигуна:
1 - парогенератор (хотів); 2 - пароперегреватель; 3 - парова турбіна; 4 - конденсатор; 5 - живильний насос
Тут теплота Ql підводиться до РТ (вода) в парогенераторі і в пароперегрівачі, механічна робота Lм відбувається в паровій турбіні, теплота Q2 від РТ відводиться в конденсатор, де відпрацьований в турбіні пар перетворюється в воду. Далі вода живильним насосом перекачується знову в парогенератор.
Для ДВС характерно наступне:
- спалювання палива, виділення теплоти і перетворення її в механічну роботу відбуваються безпосередньо в циліндрі двигуна;
- РТ оновлюється в процесі роботи двигуна.
ДВС в порівнянні з ДВГГГ мають, як правило, істотно менші габарити і масу на одиницю виробленої потужності, внаслідок чого вони є в даний час основним типом транспортних енергетичних установок.
По конструкції елементів, за допомогою яких теплова енергія палива, що згорає перетворюється в механічну роботу, розрізняють:
- поршневі ДВС з зворотно-поступально рухомими поршнями (ПДВС);
- двигуни з обертовими поршнями, або роторно-поршневі ДВС (РПД);
- газотурбінні двигуни (ГТД);
- реактивні двигуни (РД).
Як приклад для аналізу ознак, притаманних конструкції ДВС, розглянемо схему найпростішого одновального ВМД, представлену на малюнку.
Мал. Схема однодольних газотурбінного двигуна:
1 - компресор; 2 - форсунка; 3 - камера згоряння; 4 - паливний насос; 5 - турбіна
Принцип роботи двигуна полягає в наступному: компресором, робоче колесо якого знаходиться на одному валу з турбіною, повітря стискається до тиску р, і подається в камеру згоряння, куди паливним насосом впорскується через форсунку паливо. Після підпалу факела палива запальної свічкою в камері утворюються продукти згоряння, що мають високу температуру, які надходять на турбіну, де виробляють корисну роботу. Далі РТ залишає двигун у вигляді відпрацьованих газів (ОГ). Як випливає з наведеної схеми, теплота до робочого тіла підводиться всередині двигуна і РТ періодично оновлюється.
Мал. Схема і індикаторна діаграма карбюраторного двигуна: 1 - поплавкові камера; 2 - дифузор карбюратора; 3 - дросель; 4 - свічка запалювання
Через незадовільну паливної економічності РПД, ВМД і РД не знайшли широкого застосування в наземної транспортної техніки. Тут в якості енергетичних установок використовуються головним чином ПДВС.
За способом займання суміші розрізняють ДВС з примусовим (переважно іскровим) запалюванням і дизелі, що працюють із запалюванням від стиснення.
У двигунах з іскровим запалюванням використовуються два види палива: рідина - переважно бензин (бензинові двигуни) і газ (газові двигуни).
Двигуни з іскровим запалюванням можуть бути карбюраторні і газові, в яких топливовоздушная суміш, яка надходить в циліндри, готується поза ними, т. Е. В автономний устрій, званому карбюратором або змішувачем. За іншою ознакою класифікації ці двигуни відносять до ДВС з зовнішнім сумішоутворенням.
Є також двигуни з уприскуванням палива безпосередньо в циліндр або у впускний трубопровід (зазвичай на впускний клапан).
Мал. Схема двигуна з уприскуванням бензину у впускний систему:
1 - кривошипно-шатунний механізм; 2 - картер; 3 - свічка запалювання; 4 - форсунка; 5 - дросель; 6 - витратомір; 7 - очисник повітря; 8 - електронний блок управління; 9 - паливний фільтр; 10 - паливний насос; 11 - паливний бак
Дизель відноситься до двигунів з внутрішнім сумішоутворенням.
Мал. Схема і індикаторна діаграма дизеля:
1 - редуггор; 2 - ТНВД; 3 - форсунка
Слід зазначити і ще одна ознака, який відрізняє двигун з іскровим запалюванням від дизеля, - спосіб регулювання потужності.
Двигуни з іскровим запалюванням відносяться до ДВС з кількісним регулюванням, потужність яких регулюється на більшій частині режимів зміною кількості що подається в циліндри паливо-повітряної суміші (ТВС).
Дизелі є двигунами з якісним регулюванням, так як в них для зміни потужності в практично незмінна кількість повітряного заряду впорскується різну кількість палива, що різко змінює склад ТВС, т. Е. Відносний вміст в ній палива та повітря.
Ця обставина істотно впливає на характер фізико-хімічних процесів, що забезпечують перетворення енергії палива в механічну роботу.
За способом здійснення циклу розрізняють двотактні і чотиритактні ДВС. З визначення такту роботи як сукупності процесів, що протікають в циліндрі двигуна при переміщенні поршня між верхньою і нижньою мертвими точками (ВМТ і НМТ), випливає, що в чотиритактному ДВС робочі процеси відбуваються за два обороти колінчастого валу, в двотактному - за один.
