Двигун внутрішнього згоряння або ДВЗ – це найбільш поширений тип двигуна, який можна зустріти на автомобілях. Незважаючи на те, що двигун внутрішнього згоряння в сучасних автомобілях складається з безлічі елементів, його принцип роботи гранично простий. Давайте докладніше розглянемо, що таке ДВС, як і функціонує у автомобілі.
ДВС що це?
Двигун внутрішнього згоряння – це вид теплового двигуна, у якому перетворюється частина хімічної енергії, одержуваної при згорянні палива, на механічну, що приводить механізми в рух.
ДВС поділяються на категорії за робочими циклами: дво- та чотиритактні. Також їх розрізняють за способом приготування паливно-повітряної суміші: із зовнішнім (інжектори та карбюратори) та внутрішнім (дизельні агрегати) сумішоутворенням. Залежно від того, як у двигунах перетворюється енергія, їх поділяють на поршневі, реактивні, турбінні та комбіновані.
Основні механізми двигуна внутрішнього згоряння
Двигун внутрішнього згоряння складається з величезної кількості елементів. Але є основні, що характеризують його продуктивність. Давайте розглянемо будову ДВЗ та основних його механізмів.
1. Циліндр – це найважливіша частина силового агрегату. Автомобільні двигуни зазвичай мають чотири і більше циліндрів, аж до шістнадцяти на серійних суперкарах. Розташування циліндрів у таких двигунах може бути в одному з трьох порядків: лінійно, V-образно і опозитно.
2. Свічка запалювання генерує іскру, яка займає паливно-повітряну суміш. Завдяки цьому відбувається процес згоряння. Щоб двигун працював «як годинник», іскра повинна подаватися точно в певний час.
3. Клапани впуску та випуску також функціонують лише у певні моменти. Один відкривається, коли потрібно впустити чергову порцію палива, інший коли потрібно випустити відпрацьовані гази. Обидва клапани міцно закриті, коли у двигуні відбуваються такти стиснення та згоряння. Це забезпечує необхідну повну герметичність.
4. Поршень є металевою деталлю, яка має форму циліндра. Рух поршня здійснюється вгору-вниз усередині циліндра.
5. Поршневі кільця служать ущільнювачами ковзання зовнішньої кромки поршня та внутрішньої поверхні циліндра. Їх використання обумовлено двома цілями:
Вони не дають потрапляти горючій суміші в картер ДВЗ з камери згоряння в моменти стиснення та робочого такту.
Вони не дають потрапити маслу з картера в камеру згоряння, адже там воно може спалахнути. Багато автомобілів, які спалюють олію, обладнані старими двигунами, і їх поршневі кільця вже не забезпечують належного ущільнення.
6. Шатун служить сполучним елементом між поршнем і колінчастим валом.
7. Колінчастий вал перетворює поступальні рухи поршнів у обертальні.
8. Картер розташовується навколо колінчастого валу. У його нижній частині (піддоні) збирається певна кількість олії.
Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння
У попередніх розділах ми розглянули призначення та пристрій ДВЗ. Як ви вже зрозуміли, кожен такий двигун має поршні та циліндри, всередині яких теплова енергія перетворюється на механічну. Це, своєю чергою, змушує автомобіль рухатися. Цей процес повторюється з разючою частотою – по кілька разів на секунду. Завдяки цьому колінчастий вал, який виходить з двигуна, безперервно обертається.
Розглянемо докладніше принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння. Суміш палива та повітря потрапляє в камеру згоряння через впускний клапан. Далі вона компресується і спалахує іскрою від свічки запалювання. Коли паливо згоряє, у камері утворюється дуже висока температура, що призводить до появи надлишкового тиску в циліндрі. Це змушує рухатися поршень до «мертвої точки». Він таким чином робить один робочий хід. Коли поршень рухається вниз, він за допомогою шатуна обертає колінчастий вал. Потім, рухаючись від нижньої мертвої точки до верхньої, виштовхує відпрацьований матеріал у вигляді газів через клапан випуску далі вихлопну систему машини.
Такт - це процес, що відбувається в циліндрі за один хід поршня. Сукупність таких тактів, які повторюються у строгій послідовності і за певний період – це робочий цикл ДВЗ.
Впуск
Впускний такт є першим.Він починається з верхньої мертвої точки поршня. Він рухається вниз, всмоктуючи в циліндр суміш із палива та повітря. Цей такт відбувається, коли клапан впуску відкритий. До речі, існують двигуни, у яких є кілька впускних клапанів. Їхні технічні характеристики суттєво впливають на потужність ДВС. У деяких двигунах можна регулювати час знаходження впускних клапанів відкритими. Це регулюється натисканням на педаль газу. Завдяки такій системі кількість палива, що всмоктується, збільшується, а після його загоряння істотно зростає і потужність силового агрегату. Автомобіль у такому разі може суттєво прискоритися.
Стиснення
Другим робочим тактом двигуна внутрішнього згоряння є стиск.Після досягнення поршнем нижньої мертвої точки, він піднімається вгору. За рахунок цього суміш, що потрапила в циліндр, під час першого такту стискається. Паливно-повітряна суміш стискується до розмірів камери згоряння. Це те вільне місце між верхніми частинами циліндра і поршня, який знаходиться у своїй верхній мертвій точці. Клапани під час цього такту щільно закриті. Чим герметичніший освічений простір, тим якісніше стиск виходить. Дуже важливо, який стан у поршня, його кілець та циліндра. Якщо десь присутні зазори, то про гарне стиснення мови бути не може, а, отже, і потужність силового агрегату буде значно нижчою. За величиною стиску визначається те, наскільки зношений силовий агрегат.
Робочий хід
Цей третій такт починається з верхньої мертвої точки. І таку назву він одержав не випадково. Саме під час цього такту в двигуні відбуваються процеси, які рухають автомобіль.У цьому вся такті підключається система запалювання. Вона відповідає за підпал повітряно-паливної суміші, стиснутої в камері згоряння. Принцип роботи ДВС у цьому такті дуже простий – свічка системи дає іскру. Після займання палива відбувається мікровибух. Після цього воно різко збільшується в об'ємі, змушуючи поршень різко рухатися вниз. Клапани у цьому такті перебувають у закритому стані, як і попередньому.
Випуск
Заключний такт роботи двигуна внутрішнього згоряння – випуск. Після робочого такту поршнем досягається нижня мертва точка, а потім відкривається випускний клапан. Після цього поршень рухається нагору, і через цей клапан викидає відпрацьовані гази з циліндра. Це процес вентиляції. Від того, наскільки чітко працюють клапан, залежить ступінь стиснення камери згоряння, повне видалення відпрацьованих матеріалів і необхідну кількість повітряно-паливної суміші.
Після цього такту все починається наново. А рахунок чого обертається коленвал? Справа в тому, що не вся енергія йде на рух автомобіля. Частина енергії розкручує маховик, який під впливом інерційних сил розкручує колінчастий вал ДВС, переміщуючи поршень у неробочі такти.
А чи знаєте ви?Дизельний двигун важчий, ніж бензиновий, через більш високу механічну напругу. Тому конструктори використовують масивніші елементи. Натомість ресурс таких двигунів вищий за бензинові аналоги. Крім того, дизельні автомобілі загоряються значно рідше за бензинові, оскільки дизель нелеткий.
Гідності й недоліки
Ми з вами дізналися, що являє собою двигун внутрішнього згоряння, а також який його пристрій та принцип роботи. На закінчення розберемо його основні переваги та недоліки.
Переваги ДВЗ:
1. Можливість тривалого пересування повному баку.
2. Невелика вага та об'єм бака.
3. Автономність.
4. Універсальність.
5. Помірна вартість.
6. Компактні розміри.
7. Швидкий старт.
8. Можливість використання кількох видів палива.
Недоліки ДВЗ:
1. Слабкий експлуатаційний ККД.
2. Сильна забруднюваність довкілля.
3. Обов'язкова наявність коробки перемикання передач.
4. Відсутність режиму рекуперації енергії.
5. Більшість часу працює з недовантаженням.
6. Дуже галасливий.
7. Висока швидкість обертання колінчастого валу.
8. Невеликий ресурс.
Цікавий факт!Найменший двигун спроектований у Кембриджі. Його габарити становлять 5*15*3 мм, яке потужність 11,2 Вт. Частота обертання коленвала становить 50 000 об/хв.
Підписуйтесь на наші стрічки в
