За время своего существования инженерная мысль человечества изобрела различные типы двигателей, многие из которых применяются до сих пор, но некоторые из них стали лишь историческим фактом.
На данный момент все типы двигателей разделяются на следующие типы:
- Электрические;
- Гидравлические;
- Тепловые.
Их название в первую очередь зависит от того, какой тип энергии они преобразуют в работу. К примеру, работа теплового двигателя основана на превращении энергии нагрева в механическое движение. Они в свою очередь бывают также двух типов:
- С внешним сгоранием топлива. К ним относятся паровые моторы, а также двигатель Стирлинга.
- С внутренним сгоранием. Их устанавливают в технику, начиная от транспортной авиации, морских перевозок и заканчивая автомобильным транспортом.
Именно двигателями внутреннего сгорания оборудовано большинство транспортных средств, используемых во всем мире. В этой статье мы расскажем о видах ДВС, а также об устройстве и работе ДВС поршневого типа.
ДВС, что это такое в машине?
Двигатель внутреннего сгорания, сокращенно ДВС - это мотор, тепловая машина, где химическая энергия углеводородного топлива, жидкого или газообразного, которое сгорает в рабочей камере сгорания, превращается в полезную работу. ДВС является "сердцем" автомобиля, поскольку именно в двигателе вырабатываемое тепло превращается в механическую энергию движения.
Каждый, кто задается вопросом о ДВС, что это такое в машине, должен понимать, что современный технический прогресс создал большое разнообразие видов двигателей внутреннего сгорания.
Виды ДВС
В зависимости от типа рабочего механизма все разнообразие ДВС можно разделить на несколько категорий, встречаются:
- Газотурбинные;
- Роторные;
- Поршневые.
Именно за счет этих механизмов в камере сгорания может осуществляться процесс превращения тепловой энергии в движущую силу, собственно за счет поршня, ротора или турбины. Давайте рассмотрим принцип работы каждого типа ДВС более подробно.
Газотурбинный двигатель
Работа газотурбинного двигателя основана на том, что топливо, воспламеняясь, толкает лопасти турбины. Другими словами происходит вращение лопастей за счет расширяющегося газа. И чем выше температура горения топлива, тем больше КПД у данного двигателя.
В свою очередь различают одновальные и двухвальные газотурбинные двигатели. Одновальные моторы имеют одну турбину, двухвальные - две. Помимо этого двухвальные агрегаты выдерживают большую нагрузку, чем одновальные. Такие двигатели чаще всего можно встретить в грузовых автомобилях, на кораблях, локомотивах, самолетах.
Роторный ДВС
Принцип работы роторного двигателя основан на постоянном вращении ротора с переменной тактов работы. Роторный двигатель имеет всего лишь один поршень, который одновременно и является ротором. Он вращается в цилиндре специальной формы, приспособленной для него.
Ротор в свою очередь соединен с валом и зубчатой передачей со стартером. Его лопасти при вращении ротора попеременно перекрывают камеру, где и сгорает топливо. Такой мотор имеет сбалансированную конструкцию, небольшой вес и компактный размер. Однако топлива подобный агрегат потребляет на 100 километров пути гораздо больше, чем поршневой двигатель.
Роторный двигатель в разное время ставился на некоторые модели "Мерседес", "Шевроле" и "Ситроен". Также в прошлом двигатель такой конструкции устанавливали и на моделях "ВАЗ-2108" и " ВАЗ-2109". В настоящее время роторный мотор можно увидеть на модели RX8 концерна "Мазда". Однако с 2012 года ее производство прекращено. На данный момент концерн готовит к выпуску новую модель спорткара "Мазда RX-9".
Поршневой двигатель
В ДВС с поршневым принципом работы камера сгорания находится внутри цилиндра, где сам поршень выполняет функцию подвижной части, которая в зависимости от этапа сгорания топлива и такта работы мотора поднимается или опускается. В свою очередь в двигателе автомобиля может находиться определенное число цилиндров. Их поршни через передаточный механизм приводят в движение коленвал, который и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное, что в конечном итоге и позволяет колесам автомобиля вращаться.
Поршневой двигатель самый распространенный в автостроении из-за своих положительных характеристик:
- Высокой мощности и надежности, в сравнении с другими типами ДВС;
- Лучшей экономичности;
- А также благодаря своим достаточно компактным размерам.
Классификация ДВС поршневого типа
Данные типы двигателей можно классифицировать по используемому горючему, встречаются:
- Бензиновые;
- Дизельные;
- Газовые ДВС.
Также двигатели поршневого типа можно классифицировать по системе зажигания, они разделяются:
- На ДВС с принудительным воспламенением топлива;
- На двигатели, в которых топливо самовоспламеняется от сжатия.
В двигателях первого типа с принудительным возгоранием поджиг горючей смеси происходит за счет электрической искры, которая вырабатывается системой зажигания и подается через свечу прямо в цилиндры. В качестве топлива в них чаще всего используется бензин, реже можно встретить модели, работающие на газе.
Помимо этого бензиновые двигатели могут также различаться и способом подачи горючей смеси в рабочую камеру сгорания. Делятся они на карбюраторные и инжекторные системы.
Дизельные же двигатели относятся к моторам, где возгорание топлива осуществляется самопроизвольно, от сжатия его поршнем. В ДВС этого типа используется преимущественно наиболее экологическое дизельное топливо, но при необходимости двигатель может работать и на других горючих жидкостях, начиная от керосина и мазута, и заканчивая рапсовым и пальмовым маслом.
В свою очередь двигатели внутреннего сгорания также различаются количеством тактов в рабочем цикле. Встречаются четырехтактные и двухтактные моторы. Каждый из них имеет свои как положительные стороны, так и отрицательные. Однако четырехтактные ДВС самые распространенные из всех поршневых. Двухтактные же моторы в современных автомобилях не используются.
Поршневые типы двигателей по расположению цилиндров в моторе также разделяются на несколько подвидов, самыми распространенными из них являются:
- Рядные двигатели. В ДВС данной конструкции цилиндры выстроены в один ряд, и поршни вращают общий коленвал. Такие двигатели также обозначаются индексом "Rx", где X - число цилиндров.
- V-образные моторы. Этот тип двигателя отличается от предыдущего тем, что цилиндры в нем расположены напротив друг друга в виде буквы "V", при этом могут образовывать угол от 10 до 120 градусов. Такая конструкция в свою очередь позволяет значительно уменьшить длину двигателя.
- Vr-образная конструкция представляет собой нечто среднее между рядным и V-образным двигателем. При этом угол между цилиндрами в нем максимально мал, всего 15 градусов.
- Оппозитные ДВС. Отличительной особенностью этих двигателей является угол между цилиндрами, который составляет целых 180 градусов.
Устройство двигателя внутреннего сгорания
В первую очередь необходимо помнить, что ДВС состоит из множества составляющих элементов и вспомогательных систем, являющихся составной частью двигателя. Для упрощения их можно сгруппировать в следующе группы:
- Кривошипно-шатунный механизм;
- Газораспределительный механизм;
- Система смазки и охлаждения;
- Топливная и выхлопная система;
- Система зажигания.
Давайте разберем каждую часть более подробно.
Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм – одно из важнейших устройств в поршневом двигателе. Именно этот механизм выполняет две важные функции в машине - вырабатывание тепла и преобразование этой энергии в механическую работу. Состоит данный механизм из следующих деталей:
- Блок цилиндров;
- Головка блока цилиндров (ГБЦ);
- Системы передачи движений от поршней на коленчатый вал;
- Коленвал с маховиком.
Блок цилиндров является основой, на которой размещается множество навесных частей мотора, таких как ГБЦ и картер. Помимо этого также выполняет функцию каркаса для размещения в нем цилиндров.
Газораспределительный механизм
В свою очередь головка блока цилиндров является основой для такого важного составляющего мотора как механизм газораспределения, который расположен в полости головки, называемой картер. Именно за счет данного механизма в цилиндры своевременно поступает необходимое количество топливной смеси, а также выводятся продукты сгорания из цилиндров. Осуществляется этот процесс за счет клапанов, которые открываются и закрываются в определенный промежуток времени на разных этапах работы двигателя.
Механизм газораспределения состоит также из множества составляющих, к ним относятся такие элементы как:
- Распределительный вал. В зависимости от конкретного двигателя распредвал может быть один или их может быть два на каждый ряд цилиндров.
- Клапана, которые делятся на впускные и выпускные.
- Различные детали привода клапанов и элементов газораспределительного механизма.
Механизм газораспределения приводится в действие от коленвала, связан с распредвалом посредством ремня или цепи, который при вращении с помощью передаточных систем и нажимает на клапана, тем самым заставляя их в нужный момент открываться и закрываться. Все это крепится на специальной площадке головки блока цилиндров. ГБЦ же присоединяется к блоку цилиндров с помощью особых винтов и специальной соединительной прокладки.
Система питания
Работа системы питания заключается в создании горючей смеси путем смешивания воздуха с топливом в определенных пропорциях, оптимальных для работы двигателя.
- В карбюраторных моторах процесс смешивания протекает в самом карбюраторе за счет разницы давления, возникающего при работе поршня в цилиндре. Затем данная смесь попадает в рабочие камеры цилиндров через впускной коллектор и клапаны.
- В инжекторных ДВС процесс приготовления топливной смеси происходит во впускном коллекторе (встречаются и исключения). В двигателях этой конструкции топливо под высоким давлением впрыскивается в коллектор через такие элементы как форсунки, после чего и происходит смешивание бензина с воздухом.
В отличие от карбюраторного двигателя, насос которого является механическим, в инжекторной системе установлен электрический. Он позволяется обеспечить нужное давление в системе при подаче бензина. Весь этот процесс контролируется электронной системой автомобиля. Путем сбора информации с множества датчиков компьютер решает, в какой момент следует произвести подачу бензина. Одновременно с этим открывается нужный клапан, и готовая топливная смесь подается в цилиндр.
Система зажигания
Система зажигания предусмотрена в конструкциях только бензиновых ДВС. Работа данной системы заключается в поджиге топливной смеси в камере сгорания. Происходит это действие в определенный промежуток времени с помощью свечи зажигания. Между электродами свечи проскакивает электрическая искра, которая и воспламеняет горючую смесь в нужный момент.
В дизельных же двигателях системы зажигания попросту нет, поскольку топливо в ДВС этой конструкции самовоспламеняется за счет сжатия. Вместо свечи в них установлена форсунка высокого давления, которая впрыскивает дизельное топливо под высоким давлением прямо в цилиндр. Причем это происходит в тот момент, когда воздух в цилиндре уже сжат и разогрет порядка до 700 градусов. Именно при этой температуре дизтопливо способно самовоспламеняться, что и происходит практически сразу после его впрыска в цилиндр.
Выхлопная система
Выхлопная система служит для отвода отработанных газов из камеры сгорания наружу. В первую очередь отработавшие газы попадают из головки блока цилиндров в выпускной коллектор. Он собирает газы из каждого цилиндра индивидуально и направляет их в одну трубу.
Далее отработавшие газы проходят через каталитический нейтрализатор, где вредные газы превращаются в менее опасные. Хотя его может и не быть, если автомобиль достаточно старый. Тогда газы поступают сразу в глушитель, который уменьшает шум выхлопа, после чего они просто выходят через выхлопную трубу.
Стоит отметить, что выхлопная труба обычно располагается в задней части автомобиля, поскольку именно оттуда выхлопные газы имеют меньше всего шансов попасть в салон.
Система смазки
Итак, мы с вами познакомились с двумя механизмами, которые применяются в автомобильном двигателе, это кривошипно-шатунный и механизм газораспределения. Стоит обратить внимание на то, что детали этих механизмов соприкасаются друг с другом и двигаются относительно друг друга. Как известно из школьного курса физики трущиеся детали приводят к износу друг друга, то есть они просто изнашиваются и для того чтобы снизить износ, как правило, используют смазывающие средства. В автомобильных двигателях для смазки трущихся деталей, снижения их износа и уменьшения силы трения между деталями для увеличения КПД мотора применяется система смазки.
На этой схеме мы видим часть системы смазки, внизу располагается так называемый картер, это некий поддон в котором находится смазочное масло. В первую очередь масло под давлением подается в масляный фильтр, там очищается и по одним каналам попадает к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала. По другим каналам масло подводится в газораспределительный механизм, поскольку распредвал также испытывает трение и соответственно должен смазываться.
После того как масло сделало свое дело, смазало все необходимые детали, оно стекает по каналам обратно в поддон. Таким образом, происходит круговорот, стекающее масло через сетку попадает в масляный насос, затем в фильтр, после в систему смазки, возвращается в картер и опять по кругу.
Стоит отметить, если по каким-то причинам масло не может попасть в фильтр, то при превышении давления определенного значения открывается редукционный клапан и лишнее масло стекает обратно в поддон, что предотвращает поломку масляного насоса. Также на некоторых мощных моторах в системе предусматриваются еще и радиаторы для того, чтобы это моторное масло охлаждать.
Система охлаждения
Как известно во время работы ДВС выделяется большое количество тепла. Цилиндр двигателя может нагреться до нескольких сотен градусов. Поэтому для того чтобы отвести лишнее тепло от самых разогреваемых деталей применяется система охлаждения двигателя.
Для этого в автомобильных моторах предусмотрены специальные полости, которые заполнены охлаждающей жидкостью. И вот эта жидкость, двигаясь по системе охлаждения, принудительно омывает стенки цилиндров и другие наиболее горячие элементы, отбирая у них тепло.
Практически во всех современных ДВС установлена система охлаждения жидкостного типа, которая состоит из следующих элементов:
- Радиатор с вентилятором системы охлаждения;
- Термостата;
- Водяной помпы;
- Расширительного бачка;
- Радиатора и вентиляторов системы отопления салона;
Принцип работы системы охлаждения на всех двигателях примерно одинаков. В целом работает система в двух режимах:
- До температуры срабатывания термостата. Когда охлаждающая жидкость в системе течет по малому кругу, протекает лишь в самом двигателе.
- Выше температурного порога срабатывания термостата. Когда температура охлаждающей жидкости превышает заданный температурный порог, при котором срабатывает термостат. При этом внутренние каналы системы охлаждения переключаются, и жидкость начинает течь по большому кругу, в частности через радиатор охлаждения.
Температура срабатывания термостата, как правило, составляет около 90 градусов. На разных моделях автомобилей это значение может немного отличаться. Таким образом, данная система не позволяет двигателю перегреться, отводя тепло от самых горячих элементов и поддерживая оптимальную температуру работы мотора.
Такты работы двигателя внутреннего сгорания
Тактом называют процесс, который происходит в цилиндре за одно движение поршня в нижнюю или верхнюю мертвую точку, а сумму этих тактов, как правило, называют рабочим циклом ДВС. Как уже было сказано выше, бывают двухтактные и четырехтактные двигатели.
Четырехтактный ДВС
Если ДВС осуществляет четыре этапа рабочего цикла, то двигатель называют четырехтактным. Давайте разберем каждый такт данного типа двигателя более детально.
- Первый такт называется "впуск". Он сопровождается образованием горючей смеси из поступающего топлива и воздуха. Далее происходит подача горючей смеси в камеру сгорания через впускной клапан за счет снижения давления в цилиндре, когда поршень движется вниз.
- Второй такт определяется как "сжатие". В этот момент впускной клапан закрывается, и поршень поднимается в верхнюю мертвую точку, сжимая топливо. Таким образом, первые два такта производят один поворот коленвала.
- Третий такт имеет название "рабочий ход". Топливо поджигается искрой от системы зажигания, либо оно впрыскивается и самовоспламеняется от сжатия в случае дизельного ДВС. После чего в камере сгорания происходит воспламенение горючей смеси с образованием большого количества продуктов распада. Благодаря этому явлению давление в цилиндре резко увеличивается, опуская при этом поршень в низ. Такое движение поршня запускает второй оборот коленвала.
- Последний такт называется "выпуск". Данный процесс сопровождается открытием выпускного клапана, после чего поршень снова поднимается вверх и выхлопные газы просто выводятся из камеры цилиндра через открытый клапан.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС, благодаря движению поршней в моторе, позволяет произвести два оборота коленчатого вала, которые в конечном итоге и преобразуются во вращение колес.
Двухтактный мотор
В двухтактных же моторах, полный рабочий цикл протекает всего за два этапа работы поршня, называемых:
- Сжатие;
- Рабочий ход.
Такт "сжатия" начинается с движения поршня из нижнего положения в верхнее. В этот момент происходит единый процесс газообмена, называемый продувкой, при котором закрывается сначала продувочное, а потом и выпускное отверстие. Далее происходит процесс сжатия топливной смеси поршнем. Одновременно с этим в картере под поршнем создается разряжение, благодаря этому через открытый впускной клапан в кривошипную камеру подается топливная смесь.
Такт "рабочий ход" берет свое начало уже с верхнего положения поршня, когда сжатая горючая смесь воспламеняется от искры. После этого происходит расширение сгорающего топлива, и поршень начинает двигаться в низ. Этим действием поршень также создает давление в картере под кривошипной парой и тем самым закрывает впускной клапан, не позволяя газам попасть обратно во впускной коллектор.
Рейтинг 4.75Бензиновый двигатель - особый вид поршневого ДВС (двигателя внутреннего сгорания), в котором воспламенение ТС (смеси топлива и воздуха) в цилиндрах осуществляется принудительно при помощи электрической искры, а в качестве топлива используется бензин .
GM Company
Виды бензиновых двигателей
Современные бензиновые двигатели можно классифицировать по нескольким категориям.
- По количеству цилиндров - с одним цилиндром, двумя цилиндрами и несколькими цилиндрами.
- По расположению цилиндров:
- рядные двигатели (цилиндры расположены строго в ряд наклонным или вертикальным способом);
- V-образные двигатели (цилиндры расположены под углом);
- W-образные двигатели (цилиндры располагаются в четыре ряда под углом с коленвалом)
- оппозитные двигатели (цилиндры расположены под углом 180 градусов)
- По способу получения топливной смеси - инжекторные, карбюраторные.
- По типу смазки - раздельные (масло находится только в картере), смешанные (масло смешивается с топливом).
- По методу охлаждения - охлаждение жидкостью, охлаждение воздухом.
- По типу циклов - двухтактные, четырехтактные.
- По типу подачи воздушной смеси в цилиндры - с наддувом, без наддува.
Принцип работы бензинового двигателя
Работа бензинового двигателя, как и любого другого двигателя внутреннего сгорания заключается в сгорании топливной смеси в закрытом пространстве, в данном случае, в камере сгорания. При сгорании ТС выделяется большое количество тепловой энергии, которая запускает механическую работу основного механизма двигателя.
Для обеспечения постоянной механической работы ДВС, в камеру сгорания должна осуществляться бесперебойная (цикличная) подача ТС.
В большинстве случаев бензиновые двигатели являются четырехтактными, рабочий цикл которых состоит из четырех тактов:
- впуска;
- сжатия;
- рабочего хода;
- выпуска
Более подробно о каждом из 4-х тактов.
Впуск
Поршневое движение начинается с одной точки (нижней или верхней), при этом открывается клапан впуска и происходит подача топлива в камеру сгорания. После того как поршень останавливается в противоположной крайней точке, все впускные клапаны закрываются.
Сжатие
На данном такте поршень возвращается на исходную точку, сжимая поступившую топливную смесь, увеличивая ее температуру нагрева. После того как поршень достигает крайней точки, происходит воспламенение сжатой топливной смеси свечой зажигания.
Рабочий ход
При сгорании топливная смесь образует газы, при расширении которых происходит выталкивание поршня. Все клапаны во время рабочего хода остаются полностью закрытыми.
Выпуск
В то время как коленвал продолжает осуществлять вращательные движения, поршень движется в верхнюю крайнюю точку. Вместе с ним открывается клапан выпуска, при котором поршень выталкивает газы в газораспределительную систему. После завершения такта все выпускные клапаны закрываются.
Весь рабочий процесс носит цикличный характер, поэтому после завершения одного такта, начинается следующий такт.
Основные элементы бензинового двигателя
Поршень
Основным рабочим элементом ДВС является поршень, соединенный с коленчатым валом специальным шатуном. Это образует кривошипно-шатунный механизм , который преобразует возвратно-поступательные перемещения поршней в рабочий ход (вращение) коленвала.
Для обеспечения нужной компрессии в цилиндрах двигателя, поршень оснащается уплотняющими чугунными кольцами. На современных бензиновых двигателях могут устанавливаться узкие кольца (высотой не более 2 мм) и широкие поршневые кольца (высотой до 3 мм).
Шатун
Элемент, соединяющий поршень и коленвал. Шатуны изготавливаются из высокопрочной стали, реже - из алюминия. Рабочее шатунное вращение всегда является двухсторонним.
Коленчатый вал
Поступательные поршневые движения преобразуются во вращательные движения вала, который отвечает за вращение автомобильных колес.
Клапаны
ДВС оснащен специальными клапанами - впускными и выпускными. Они предназначены для впуска воздушной массы и вывода выхлопных газов , полученных в процессе сгорания топлива.
Свеча зажигания
Для обеспечения процесса воспламенения ТС в камере, бензиновые двигатели оснащаются свечами зажигания. Электрическая свеча зажигает ТС в определенный момент его подачи и прохождения поршня.
Вспомогательные рабочие системы бензинового двигателя
Бесперебойная и эффективная работа бензинового двигателя обеспечивается вспомогательными рабочими системами - запуска ДВС, розжига, подачи смеси топлива и воздуха, охлаждения, вывода выхлопных газов, смазки.
Двигатель внутреннего сгорания работает на основе расширения газов, которые нагреваются при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Газы нагреваются от того, что в цилиндре сгорает топливо, которое перемешано с воздухом. Таким образом, температура давления и газа стремительно растет.
Известно, что поршневое давление является аналогичным атмосферному. В цилиндре, наоборот, давление является более высоким. Как раз из-за этого давления поршня понижается, что приводит к расширению газов, таким образом, совершается полезная работа.В соответствующем разделе нашего сайта вы сможете найти статью . Для выработки механической энергии цилиндр двигателя нужно постоянно снабжать воздухом, в который будет поступать через форсунку топливо и воздух через впускной клапан. Конечно, воздух может поступать вместе с топливом, например, через впускной клапан. Через него же выходят все продукты, получившиеся при сгорании. Все это происходит на основе газораспределения, ведь именно газ отвечает за открытие и закрытие клапанов.
Рабочий цикл двигателя
Нужно особенно выделить рабочий цикл двигателя, который представляет собой последовательные повторяющиеся процессы. Они происходят в каждом цилиндре. Кроме того, именно от них зависит переход тепловой энергии в механическую работу. Стоит отметить, что каждый тип транспорта работает по своему определенному типу. Например, рабочий цикл может совершаться за 2 хода поршня. В этом случае двигатель называют двухтактным. Что касается автомобилей, то большинство из них имеют четырехтактные двигатели, так как их цикл состоит из впуска, сжатия газа, расширения газа, или рабочего хода, и выпуска. Все эти четыре этапа играют большую роль в работе двигателя.
Впуск
На этом этапе выпускной клапан закрыт, а впускной, наоборот, открыт. На начальном этапе первый полуоборот делается коленчатым валом двигателя, что приводит к перемещению от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. После в цилиндре происходит разряжение, и в него попадает через впускной газопровод воздух вместе с бензином, что представляет собой горючую смесь, которая затем перемешивается с газами. Таким образом, двигатель начинает работать.
Сжатие
После того, как цилиндр полностью заполнился горючей смесью, поршень начинает постепенно перемещаться от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Клапаны в этот момент еще закрыты. На этом этапе давление и температура рабочей смеси становится выше.
Рабочий ход, или расширение
В то время, как поршень продолжает перемещаться от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, после этапа сжатия электрическая искра воспламеняет рабочую смесь, которая в свою очередь моментально тухнет. Так, температура и давление газов, находящихся в цилиндре сразу повышается. При рабочем ходе совершается полезная работа. На этом этапе происходит открытие выпускного клапана, что приводит к понижению температуры и давления.
Выпуск
На четвертом полуобороте в поршне происходит перемещение от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Так, через открытый выпускной клапан из цилиндра выходят все продукты сгорания, которые после поступают в атмосферный воздух.
Принцип работы 4-тактного дизеля
Впуск
Воздух поступает в цилиндр через впускной клапан, который открыт. Что касается движения от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, то оно образуется при помощи разряжения, которое идет вместе с воздухом из воздухоочистителя в цилиндр. На данном этапе давление и температура понижены.
Сжатие
На втором полуобороте впускной и выпускной клапаны являются закрытыми. От НМТ к ВМТ поршень продолжает двигаться и постепенно сжимать воздух, который недавно поступил в полость цилиндра. В соответствующем разделе нашего сайта вы сможете найти статью про . У дизельного варианта двигателя топливо воспламеняет в том случае, когда температура сжатого воздуха выше температуры топлива, которое может самовоспламениться. Дизельное топливо поступает при помощи топливного насоса и проходит форсунку.
Рабочий ход, или расширение
После процесса сжатия топливо начинает смешиваться с нагретым воздухом, таким образом, происходит воспламенение. На третьем полуобороте повышается давление и температура, в результате чего происходит сгорание. Затем после приближения поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке давление и температура значительно понижаются.
Выпуск
На данном заключительном этапе происходит выталкивание отработавших газов из цилиндра, которые через открытую выпускную трубу попадают в атмосферу. Температура и давление заметно понижаются. После этого рабочий цикл делает все то же самое.
Как работает двухтактный двигатель?
Двухтакный двигатель имеет другой принцип работы в отличие от четырехтактного. В этом случае горючая смесь и воздух попадают в цилиндр в начале хода сжатия. Кроме того, отработавшие газы выходят из цилиндра в конце хода расширения. Стоит отметить, что все процессы происходят без движения поршней, как это делается у четырехтактного двигателя. Для двухтактного двигателя характерен процесс, называющийся продувкой. То есть, в этом случае все продукты сгорания удаляются из цилиндра при помощи потока воздуха или горючей смеси. Двигатель такого типа обязательно оснащен продувочным насосом, компрессором.
Двухтактный карбюраторный двигатель с кривошипно-камерной продувкой отличается от предыдущего типа своеобразной работой. Стоит отметить, что двухтактный двигатель не имеет клапанов, так как их в этом плане заменяют поршни. Так, при движении поршень закрывает впуск и выпуск, а также продувочные окна. При помощи продувочных окон цилиндр взаимодействует с картером, или кривошипной камерой, а также впускным и выпускным трубопроводами. Что касается рабочего цикла, то двигателей этого типа выделяют два такта, как можно было догадаться уже из названия.
Сжатие
На этом этапе поршень двигается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. При этом он частично закрывает продувочное и выпускное окна. Таким образом, в момент закрытия в цилиндре происходит сжатие бензина и воздуха. В этот момент происходит разряжение, которое приводит к поступлению горючей смеси из карбюратора в кривошипную камеру.
Рабочий ход
Что касается работы двухтактного дизельного двигателя, то здесь чуть иной принцип работы. В этом случае в цилиндр сначала попадает не горючая смесь, а воздух. После этого туда слегка распыляется топливо. Если частота вращения вала и размер цилиндра дизельного агрегата одинаковы, то, с одной стороны, мощность такого мотора будет превышать мощность четырехтактного. Однако такой результат не всегда прослеживается. Так, из-за плохого освобождения цилиндра от оставшихся газов и неполного использования поршня мощность двигателя не превышает 65% в лучшем случае.
Достаточно простые, несмотря на множество деталей, из которых он состоит. Рассмотрим это более подробно.
Общее устройство ДВС
Каждый из моторов имеет цилиндр и поршень. В первом происходит превращение тепловой энергии в механическую, которая способна вызвать движение автомобиля. Всего лишь за одну минуту этот процесс повторяется несколько сот раз, благодаря чему коленчатый вал, который выходит из мотора, вращается непрерывно.
Двигатель машины состоит из нескольких комплексов систем и механизмов, преобразующих энергию в механическую работу.
Ее базой являются:
газораспределительный;
кривошипно-шатунный механизм.
Помимо этого, в нем работают следующие системы:
зажигания;
охлаждения;
Кривошипно-шатунный механизм
Благодаря ему возвратно-поступательное движение коленвала превращается во вращательное. Последнее передается всем системам легче, чем циклическое, тем более что конечным звеном передачи являются колеса. А они работают посредством вращения.
Если бы автомобиль не был колесным транспортным средством, то этот механизм для передвижения, возможно, не был бы необходимым. Однако в случае с машиной кривошипно-шатунная работа полностью оправдана.
Газораспределительный механизм
Благодаря ГРМ рабочая смесь или воздух поступает в цилиндры (в зависимости от особенностей образования смеси в моторе), затем удаляются отработавшие уже газы и продукты сгорания.
При этом обмен газов происходит в назначенное время в определенном количестве, организуясь с тактами и гарантируя качественную рабочую смесь, а также получение наибольшего эффекта от выделяемой теплоты.
Система питания
Смесь воздуха с топливом сгорает в цилиндрах. Рассматриваемая система регулирует их подачу в строгом количестве и пропорции. Бывает внешнее и внутреннее смесеобразование. В первом случае воздух и топливо перемешиваются вне цилиндра, а в другом — внутри него.
Систему питания с внешним образованием смеси имеет специальное устройство под названием карбюратор. В нем топливо распыляется в воздушной среде, а затем поступает в цилиндры.
Автомобиля с системой внутреннего смесеобразования называется инжекторным и дизельным. В них происходит заполнение цилиндров воздухом, куда впрыскивается топливо посредством специальных механизмов.
Система зажигания
Здесь происходит принудительное воспламенение рабочей смеси в моторе. Дизельным агрегатам это не нужно, так как у них процесс осуществляется через высокую воздуха, который становится фактически раскаленным.
В основном в двигателях применяется искровый электрический разряд. Однако, помимо этого, могут использоваться запальные трубки, которые воспламеняют рабочую смесь горящим веществом.
Она может поджигаться и другими способами. Но самым практичным на сегодняшний день продолжает оставаться электроискровая система.
Пуск
Данной системой достигается вращение коленвала мотора при запуске. Это необходимо для начала функционирования отдельных механизмов и самого двигателя в целом.
Для запуска в основном используется стартер. Благодаря ему, процесс осуществляется легко, надежно и быстро. Но возможен и вариант пневматического агрегата, который работает на запасе в ресиверах либо обеспеченного компрессором с электрическим приводом.
Самой простой системой является заводная рукоятка, через которую в моторе проворачивается коленвал и начинается работа всех механизмов и систем. Еще недавно все водители возили ее с собой. Однако ни о каком удобстве в этом случае речи быть не могло. Поэтому сегодня все обходятся без нее.
Охлаждение
В задачу этой системы входит поддержание определенной температуры работающего агрегата. Дело в том, что сгорание в цилиндрах смеси происходит с выделением теплоты. Узлы и детали мотора нагреваются, и им необходимо постоянно охлаждаться, чтобы работать в штатном режиме.
Наиболее распространенными являются жидкостная и воздушная системы.
Для того чтобы двигатель охлаждался постоянно, необходим теплообменник. В моторах с жидкостным вариантом его роль исполняет радиатор, который состоит из множества трубок для ее перемещения и отдачи тепла стенкам. Отвод еще больше увеличивается через вентилятор, который установлен рядом с радиатором.
В приборах с воздушным охлаждением используется оребрение поверхностей самых нагретых элементов, из-за чего площадь теплообмена существенно возрастает.
Эта система охлаждения является низкоэффективной, а поэтому на современных автомобилях она устанавливается редко. В основном ее используют на мотоциклах и на небольших ДВС, для которых не нужна тяжелая работа.
Система смазки
Смазывание деталей необходимо для сокращения потерь механической энергии, которая происходит в кривошипно-шатунном механизме и ГРМ. Помимо этого, процесс способствует уменьшению износа деталей и некоторому охлаждению.
Смазка в двигателях автомобилей в основном используется под давлением, когда масло подается через трубопроводы посредством насоса.
Некоторые элементы смазываются путем разбрызгивания или окунания в масло.
Двухтактные и четырехтактные моторы
Устройство двигателя автомобиля первого вида в настоящее время применяется в довольно узком диапазоне: на мопедах, недорогих мотоциклах, лодках и бензокосилках. Его недостатком является потеря рабочей смеси во время удаления выхлопных газов. Кроме этого, принудительная продувка и завышенные требования к термической устойчивости выхлопного клапана служат причиной роста цены мотора.
В четырехтактном двигателе указанных недостатков нет благодаря наличию газораспределительного механизма. Однако и в этой системе имеются свои проблемы. Наилучший режим работы мотора будет достигнут в очень узком диапазоне оборотов коленчатого вала.
Развитие технологий и появление электронных БУ позволило решить эту задачу. Во внутреннее устройство двигателя теперь входит электромагнитное управление, при помощи которого выбирается оптимальный режим газораспределения.
Принцип работы
ДВС работает следующим образом. После того как рабочая смесь попадает в камеру сгорания, она сжимается и воспламеняется от искры. При сжигании в цилиндре образуется сверхсильное давление, которое приводит в движение поршень. Он начинает продвигаться к нижней мертвой точке, что является третьим тактом (после впуска и сжатия), называющимся рабочим ходом. В это время благодаря поршню начинает вращаться коленвал. Поршень, в свою очередь, перемещаясь к верхней мертвой точке, выталкивает отработанные газы, что является четвертым тактом работы двигателя — выпуском.
Вся четырехтактная работа происходит довольно просто. Чтобы легче было понять как общее устройство двигателя автомобиля, так и его работу, удобно посмотреть видео, наглядно демонстрирующее функционирование мотора ДВС.
Тюнинг
Многие автовладельцы, привыкнув к своей машине, хотят получить от нее больше возможностей, чем она способна дать. Поэтому нередко для этого делают тюнинг двигателя, увеличивая его мощность. Это можно реализовать несколькими способами.
Например, известен чип-тюнинг, когда путем компьютерного перепрограммирования мотор настраивают на более динамичную работу. У этого способа есть как сторонники, так и противники.
Более традиционным методом является тюнинг двигателя, при котором осуществляются некоторые его переделки. Для этого производится замена с подходящими под него поршнями и шатунами; устанавливается турбина; проводятся сложные манипуляции с аэродинамикой и так далее.
Устройство двигателя автомобиля не такое уж сложное. Однако в связи с огромным количеством элементов, в него входящих, и необходимости согласования их между собой, для того чтобы любые переделки возымели желаемый результат, требуется высокий профессионализм того, кто их будет осуществлять. Поэтому, прежде чем решаться на это, стоит потратить усилия для поиска настоящего мастера своего дела.
У каждого из нас есть определенный автомобиль, однако лишь некоторые водители задумываются о том, как устроен двигатель автомобиля. Нужно понимать также, что полностью знать устройство двигателя автомобиля необходимо лишь специалистам, работающим на СТО. К примеру, у многих из нас есть различные электронные устройства, но это вовсе не означает, что мы должны понимать, как они устроены. Мы просто пользуемся ими по прямому назначению. Однако с машиной ситуация немного другая.
Все мы понимаем, что появление неполадок в двигателе автомобиля напрямую влияет на наше здоровье и жизнь. От правильной работы силового агрегата нередко зависит качество езды, а также безопасность людей, которые находятся в автомобиле. По этой причине, рекомендуем уделить внимание изучению данной статьи о том, как работает двигатель автомобиля и из чего он состоит.
История разработки автомобильного двигателя
В переводе с оригинального латинского языка двигатель или мотор означает «приводящий в движение». Сегодня двигателем называют определенное устройство, предназначенное для преобразования одного из видов энергии в механическую. Самыми популярными сегодня считаются двигатели внутреннего сгорания, типы которых бывают разными. Первый такой мотор появился в 1801 году, когда Филипп Лебон из Франции запатентовал мотор, который функционировал на светильном газе. После этого свои разработки представили Август Отто и Жан Этьен Ленуар. Известно, что Август Отто первым запатентовал 4-тактный двигатель. До нашего времени строение двигателя практически не изменилось.
В 1872 году состоялся дебют американского двигателя, который работал на керосине. Однако данную попытку трудно было назвать удачной, поскольку керосин не мог нормально взрываться в цилиндрах. Уже через 10 лет Готлиб Даймлер презентовал свой вариант двигателя, который работал на бензине, причем работал довольно неплохо.
Рассмотрим современные типы двигателей автомобиля и разберемся, к какому из них принадлежит ваша машина.
Типы автомобильных двигателей
Поскольку наиболее распространенным в наше время считают двигатель внутреннего сгорания, рассмотрим типы двигателей, которыми оснащаются сегодня почти все машины. ДВС – это далеко не наилучший тип двигателя, однако именно его используют во многих транспортных средствах.
Классификация двигателей автомобиля:
- Дизельные двигатели. Подача дизельного топлива осуществляется в цилиндры посредством специальных форсунок. Такие моторы не нуждаются в электрической энергии для работы. Она им нужна лишь для запуска силового агрегата.
- Бензиновые двигатели. Они бывают и инжекторными. Сегодня используется несколько типов систем впрыска и . Работают такие моторы на бензине.
- Газовые двигатели. В таких двигателях может использоваться сжатый или сжиженный газ. Такие газы получают с помощью преобразования дерева, угля либо торфа в газообразное топливо.
Работа и конструкция двигателя внутреннего сгорания
Принцип работы двигателя автомобиля – это вопрос, интересующий практически каждого автовладельца. В ходе первого ознакомления со строением двигателя все выглядит очень сложным. Однако в реальности, с помощью тщательного изучения, устройство двигателя становится вполне понятным. В случае необходимости знания о принципе работы двигателя можно использовать в жизни.
1. Блок цилиндров представляет собой своеобразный корпус мотора. Внутри него расположена система каналов, которая используется для охлаждения и смазки силового агрегата. Он используется в качестве основы для дополнительного оборудования, к примеру, картера и .
2. Поршень , являющийся пустотелым стаканом из металла. На его верхней части расположены «канавки» для поршневых колец.
3. Поршневые кольца. Кольца, расположенные внизу, называются маслосъемными, а верхние – компрессионные. Верхние кольца обеспечивают высокий уровень сжатия или компрессию смеси топлива и воздуха. Кольца используются для обеспечения герметичности камеры сгорания, а также в качестве уплотнителей, предотвращающих попадание масла в камеру сгорания.
4. Кривошипно-шатунный механизм. Отвечает за передачу возвратно-поступательной энергии поршневого движения на коленчатый вал двигателя.
Многие автолюбители не знают, что на самом деле принцип работы ДВС является достаточно несложным. Сначала попадает из форсунок в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом. Затем выдает искру, которая вызывает воспламенение топливно-воздушной смеси, из-за чего она взрывается. Газы, которые формируются в результате этого, двигают поршень вниз, в процессе чего он передает соответствующее движение коленчатому валу. Коленвал начинает вращать трансмиссию. После этого набор специальных шестерён осуществляет передачу движения на колеса передней или задней оси (в зависимости от привода, может и на все четыре).
Именно так работает двигатель автомобиля. Теперь вас не смогут обмануть недобросовестные специалисты, которые возьмутся за ремонт силового агрегата вашей машины.
