Для справжнього автолюбителя машина – це непросто засіб пересування, а ще й інструмент свободи. За допомогою автомобіля можна дістатися будь-якої точки міста, країни або континенту. Але наявності прав для справжнього мандрівника недостатньо. Адже досі є безліч місць, де не ловить мобільний і куди не можуть дістатися евакуатори. У разі при поломці вся відповідальність лягає на плечі автомобіліста.
Тому кожен водій повинен хоч трохи розбиратися в пристрої свого автомобіля, і почати потрібно саме з двигуна. Безумовно, сучасні автомобільні компанії випускають безліч автомобілів з різними типами двигунів, але найчастіше виробниками в конструкціях використовуються двигуни внутрішнього згоряння. Вони мають високий ККД і при цьому забезпечують високу надійність роботи всієї системи.
Увага! У більшості наукових статей двигуни внутрішнього згоряння скорочено називають ДВС.
Якими бувають ДВЗ
Перед тим як приступити до детального вивчення пристрою ДВЗ та їх принципу роботи, розглянемо, якими бувають двигуни внутрішнього згоряння. Відразу потрібно зробити одне важливе зауваження. За більш ніж 100 років еволюції вченими було придумано безліч різновидів конструкцій, кожна з яких має свої переваги. Тому спочатку виділимо основні критерії, за якими можна розрізнити дані механізми:
- Залежно від способу створення горючої суміші, всі ДВС діляться на карбюраторні, газові та інжекторні пристрої. Причому це клас із зовнішнім сумішоутворенням. Якщо ж говорити про внутрішнє, то це дизелі.
- Залежно від типу палива ДВЗ можна розділити на бензинові, газові та дизельні.
- Охолодження пристрою двигунів може бути двох типів: рідинним та повітряним.
- Циліндри можуть розташовуватися як один навпроти одного, і у формі букви V.
- Суміш усередині циліндрів може спалахувати за допомогою іскри. Так відбувається в карбюраторних та інжекторних ДВС або за рахунок самозаймання.
У більшості автомобільних журналів та серед професійних автоекспортів прийнято класифікувати ДВС на такі типи:
- Бензиновий двигун. Цей пристрій працює за рахунок бензину. Запалювання відбувається примусово за допомогою іскри, що генерує свічка. За дозування паливно-повітряної суміші відповідають карбюраторні та інжекторні системи. Запалення відбувається при стисканні.
- Дизельні . Двигуни із пристроєм такого типу працюють за рахунок згоряння дизельного палива. Головна різниця в порівнянні з бензиновими агрегатами полягає в тому, що пальне вибухає завдяки підвищенню температури повітря. Останнє стає можливим через зростання тиску всередині циліндра.
- Газові системи функціонують за допомогою пропан-бутану. Запалювання відбувається примусовим чином.Газ із повітрям подається в циліндр. В іншому пристрій подібного ДВЗ аналогічно бензиновому мотору.
Саме така класифікація найчастіше використовується, вказуючи на конкретні особливості системи.
Пристрій та принцип роботи
Пристрій двигуна внутрішнього згоряння
Найкраще розглянути пристрій ДВЗ на прикладі одноциліндрового двигуна. Головною деталлю у механізмі є циліндр. У ньому знаходиться поршень, що рухається вгору-вниз. При цьому є дві контрольні точки його пересування: верхня та нижня. У професійній літературі вони називаються як ВМТ та НМТ.Розшифровка наступна: верхня та нижня мертві точки.
Увага! Поршень також з'єднується із валом. Сполучною ланкою служить шатун.
Головне завдання шатуна - це перетворення енергії, яка утворюється в результаті руху поршня вгору-вниз у обертальне. Результатом такого перетворення є рух автомобіля в потрібний напрямок. Саме за це відповідає пристрій ДВЗ. Також не варто забувати про бортову мережу, робота якої стає можливою завдяки енергії виробленої двигуном.
Маховик кріпиться до кінця валу ДВЗ. Він забезпечує стабільність обертання колінчастого валу. Впускний та випускний клапани знаходяться вгорі циліндра, який, у свою чергу, накривається спеціальною головкою.
Увага! Клапани відкривають та закривають відповідні канали в потрібний час.
Щоб клапани ДВЗ відкрилися, на них впливають кулачки розподільного валу.Відбувається це у вигляді передавальних деталей. Сам вал рухається за допомогою шестерень колінчастого валу.
Увага! Поршень вільно рухається всередині циліндра, застигаючи на мить то у верхній мертвій точці, то в нижній.
Щоб пристрій ДВЗ функціонував у нормальному режимі, горюча суміш повинна подаватися в чітко вивіреній пропорції. В іншому випадку спалах може не відбутися. Велику роль також грає момент, коли відбувається подача.
Масло необхідно для того, щоб запобігти передчасному зносу деталей у пристрої ДВЗ. Загалом весь пристрій двигуна внутрішнього згоряння складається з таких основних елементів:
- свічок запалювання,
- клапанів,
- поршнів,
- поршневих кілець,
- шатунів,
- колінвала,
- картера.
Взаємодія цих системних елементів дозволяє пристрою ДВЗ виробляти потрібну для пересування автомобіля енергію.
Принцип роботи
Розглянемо, як працює чотиритактний ДВЗ. Щоб зрозуміти принцип роботи, ви повинні знати значення поняття такт. Це певний проміжок часу, протягом якого всередині циліндра здійснюється необхідне роботи пристрою дію. Це може бути стиснення або займання.
Такти ДВС утворюють робочий цикл, який, своєю чергою, забезпечує роботу системи. У процесі цього циклу теплова енергія перетворюється на механічну. За рахунок цього відбувається рух колінчастого валу.
Увага! Робочий цикл вважається завершеним після того, як колінчастий вал зробить один оберт. Але таке твердження працює лише для двотактного двигуна.
Тут слід зробити одне важливе пояснення. Наразі в автомобілях переважно використовується пристрій чотиритактного двигуна. Такі системи відрізняються більшою надійністю та покращеною продуктивністю.
Для здійснення чотиритактного циклу потрібно два обороти колінчастого валу. Це чотири рухи поршня вгору-вниз. Кожен такт виконує дії точної послідовності:
- впуск,
- стиск,
- розширення,
- Випуск.
Передостанній такт називається робочим ходом.Про верхню та нижню мертві точки ви вже знаєте. Але відстань між ними означає ще один важливий параметр. Зокрема, обсяг ДВС. Він може коливатися середньому від 1,5 до 2,5 літра. Вимірюється показник за допомогою плюсування даних кожного циліндра.
Під час першого півобігу поршень з ВМТ переміщається НМТ. При цьому впускний клапан залишається відкритим, у свою чергу випускний щільно закритий. В результаті цього процесу у циліндрі утворюється розрядження.
Горюча суміш із бензину та повітря потрапляє в газопровід ДВС. Там вона поєднується з відпрацьованими газами. В результаті утворюється ідеальна для займання речовина, яка піддається стиску на другому акті.
Стиснення відбувається тоді, коли циліндр повністю заповнений робочою сумішшю. Колінчастий вал продовжує свій оберт, і поршень переміщається з нижньої мертвої точки у верхню.
Увага! Зі зменшенням обсягу температура суміші всередині циліндра ДВЗ зростає.
На третьому такті відбувається розширення. Коли стискування підходить до свого логічного завершення, свічка генерує іскру і відбувається запалення. У дизельному двигуні все відбувається трохи інакше.
По-перше, замість свічки встановлено спеціальну форсунку, яка на третьому такті впорскує паливо в систему. По-друге, всередину циліндра закачується повітря, а чи не суміш газів.
Принцип роботи дизельного ДВЗ цікавий тим, що в ньому паливо займається самостійно. Відбувається це рахунок підвищення температури повітря всередині циліндра. Такого результату вдається досягти рахунок стиснення, у результаті якого зростає тиск і підвищується температура.
Коли паливо через форсунку потрапляє всередину циліндра ДВЗ, температура всередині настільки висока, що спалах відбувається саме собою. При використанні бензину такого результату досягти не можна. Все тому, що він займається при набагато вищій температурі.
Увага! У процесі руху поршня від того, що відбулося всередині мікровибуху, деталь ДВС здійснює зворотний ривок, і колінчастий вал прокручується.
Останній такт у чотиритактному ДВС зветься впуск. Він відбувається на четвертому півоберті. Принцип його дії досить простий. Випускний клапан відкривається, і всі продукти згоряння потрапляють до нього, звідки випускний газопровід.
Перед тим як потрапити в атмосферу відпрацьовані гази з зазвичай проходять систему фільтрів. Це дозволяє мінімізувати шкоду, що завдається екології. Проте пристрій дизельних двигунів все одно набагато екологічніший, ніж бензинових.
Пристрої, що дозволяють збільшити продуктивність ДВЗ
З моменту винаходу першого ДВС система постійно вдосконалюється. Якщо згадувати перші двигуни серійних автомобілів, то вони могли розганяти максимум до 50 миль на годину. Сучасні суперкари легко долають позначку в 390 кілометрів. Таких результатів вченим вдалося досягти за рахунок інтеграції в пристрій двигуна додаткових систем та деяких конструкційних змін.
Великий приріст потужності свого часу дав клапанний механізм, впроваджений у ДВЗ. Ще одним щаблем еволюції стало розташування розподільчого валу зверху конструкції. Це дозволило зменшити кількість рухомих елементів та збільшити продуктивність.
Також не можна заперечувати корисність сучасної системи запалення ДВЗ. Вона забезпечує максимально можливу стабільність роботи. Спочатку генерується заряд, який надходить на розподільник, і з нього однією зі свічок.
Увага! Звичайно ж, не можна забути про систему охолодження, що складається з радіатора та насоса. Завдяки їй вдається запобігти своєчасному перегріву пристрою ДВЗ.
Підсумки
Як бачите, пристрій двигуна внутрішнього згоряння не становить особливої складності. Для того, щоб його зрозуміти не потрібно якихось спеціальних знань, досить простого бажання. Проте знання принципів роботи ДВС точно не буде зайвим для кожного водія.
