Детальный обзор рабочих процессов в поршневых двигателях

Основные типы поршневых двигателей внутреннего сгорания:

1. Четырехтактные двигатели:
   • Карбюраторные двигатели с внешним смесеобразованием
   • Дизельные двигатели с внутренним смесеобразованием
2. Двухтактные двигатели:
   • Карбюраторные двигатели
   • Дизельные двигатели
3. Двухтактные дизельные двигатели с противоположно движущимися поршнями

В четырехтактных двигателях система газораспределения работает следующим образом:

1. Впускной клапан начинает открываться до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (например, за 21 градус поворота коленвала), что обеспечивает лучшее наполнение цилиндров горючей смесью.
2. Впускной клапан закрывается после прохода поршня нижней мертвой точки (на 75 градусов поворота вала), что также способствует лучшему наполнению цилиндров за счет инерции поступающей смеси.
3. Выпускной клапан открывается до прихода поршня в нижнюю мертвую точку (за 57 градусов поворота вала), что обеспечивает выход отработавших газов за счет их высокого давления.
4. Выпускной клапан закрывается после прохода поршнем верхней мертвой точки (на 39 градусов поворота вала), что обеспечивает лучшую очистку камеры сгорания.
5. Период одновременного открытия обоих клапанов вблизи верхней мертвой точки называется перекрытием клапанов.

Основное отличие смесеобразования в карбюраторных и дизельных двигателях:

• В карбюраторных двигателях смешивание топлива и воздуха происходит во внешнем карбюраторе, а затем эта готовая топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры.
• В дизельных двигателях топливо распыляется и самовоспламеняется непосредственно в камере сгорания, смешиваясь с воздухом. Камеры сгорания могут быть разделенными и неразделенными, что влияет на интенсивность перемешивания топлива и воздуха.

Преимущества двухтактных двигателей:

• Рабочий цикл совершается за 2 такта вместо 4, что позволяет достичь вдвое большего числа рабочих ходов за один оборот коленвала.
• Более простая конструкция без клапанов и механизма газораспределения.

• Возможны потери части топливно-воздушной смеси при одновременном открытии продувочных и выпускных окон.
• Больший расход топлива и масла, более высокий уровень шума и вибраций.

Использование водородного топлива в поршневых двигателях имеет ряд перспективных преимуществ:

1. Водородные двигатели практически не загрязняют атмосферу, выбрасывая только водяные пары.
2. Топливная система водородных двигателей более безопасна, так как водород получают непосредственно в автомобиле из воды с помощью химической реакции.
3. Водородные двигатели могут иметь такую же конструкцию, как традиционные поршневые двигатели внутреннего сгорания, с минимальными доработками.
4. Использование водорода способно решить проблему ограниченности запасов нефти и дефицита жидкого топлива в будущем.

Двухтактные дизельные двигатели с противоположно движущимися поршнями имеют следующие особенности:

1. Камера сгорания расположена между верхними и нижними поршнями.
2. Каждый ряд поршней вращает свой отдельный коленчатый вал, суммарная мощность которых передается на генератор.
3. Продувка цилиндров осуществляется за счет нагнетания чистого воздуха через специальный продувочный насос, без потерь топлива.
4. Рабочий цикл совершается за два такта: 1) рабочий ход и выпуск, 2) продувка и сжатие.
5. Такая конструкция обеспечивает высокую мощность и применяется преимущественно на тепловозах и морских судах.