Конструктивные параметры, по которым рассчитывается поршневой двигатель, - диаметр цилиндра, ход поршня и число цилиндров.
Поршень 2 при одном обороте коленчатого вала 3 двигателя (рис. 2.4) делает один ход вниз и один ход вверх. Направление движения поршня в цилиндре 1 измененяется в двух крайних точках, называемых мертвыми, так как в них скорость поршня равна нулю.
Рис.2.4. Схема для определения основных параметров двигателя
Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется крайнее верхнее положение поршня, нижней мертвой точкой (НМТ) - его крайнее нижнее положение.
Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом S поршня. Ход поршня равен удвоенному радиусу R кривошипа:
S = 2 R.
При перемещении поршня от одной мертвой точки до другой коленчатый вал поворачивается на 180°, т. е. совершает половину оборота.
Размер кривошипа коленчатого вала зависит от величины радиуса r, равного расстоянию между осями шатунной и коренной шеек. Длина шатуна l является расстоянием между осями его верхней и нижней головок. Отношение r/l в автомобильных двигателях составляет 1/3,5—1/4,5. Важными параметрами двигателя являются ход поршня S и диаметр цилиндра D. Ход поршня S равен удвоенному радиусу кривошипа. Отношение S/D в двигателях составляет 0,7 — 2,2. Если S/D<1,0, то двигатель называют короткоходным. Большинство современных автомобильных двигателей являются короткоходными.
Камерой сгорания – это пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ. Ее объем обозначается через Vc, a пространство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается Vh. Полный объем цилиндра, обозначаемый Va представляет сумму объема камеры сгорания Vc и рабочего объема Vh цилиндра.
Рабочий объем цилиндра в кубических сантиметрах или литрах
Vh = p D2 S / 4.
Рабочим объемом двигателя называют сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя:
Vл = Vh i,
где i - число цилиндров.
Отношение полного объема цилиндра Vа к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия:
ε = (Vc+Vh) / Vc = Va / Vc.
Степень сжатия является безразмерной величиной, показывающей во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха, находящихся в цилиндре, при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давление рабочей смеси при подходе поршня к ВМТ.
Мощность и топливная экономичность двигателя повышается с увеличением степени сжатия. Однако повышение степени сжатия карбюраторных двигателей возможно лишь до определенных пределов, после достижения которых увеличение степени сжатия приводит к преждевременному самовоспламенению рабочей смеси и вызывает взрывное сгорание — детонацию топлива, что снижает работоспособность двигателя.
Вид топлива, на котором работает двигатель определяет пределы его степени сжатия, так как различные виды жидких и газообразных топлив имеют разную температуру самовоспламенения. Автомобильные двигатели, работающие на бензине (карбюраторные двигатели), имеют степень сжатия 6 – 10,5, на газе — 7 - 9, а дизели — 15 - 20.