Основні частини двигуна внутрішнього згоряння. Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння

01.10.2019

Ось уже близько ста років усюди у світі основним силовим агрегатом на автомобілях та мотоциклах, тракторах та комбайнах, іншою технікою є двигун внутрішнього згоряння. Прийшовши на початку ХХ століття на зміну двигунам зовнішнього згоряння (паровим), він і в ХХ столітті залишається найбільш економічно ефективним видом мотора. У цій статті ми докладно розглянемо пристрій, принцип роботи різних видів ДВЗ та його основних допоміжних систем.

Визначення та загальні особливості роботи ДВС

Головна особливість будь-якого двигуна внутрішнього згоряння полягає в тому, що паливо займається безпосередньо всередині його робочої камери, а не додаткових зовнішніх носіїв. У процесі роботи хімічна та теплова енергія від згоряння палива перетворюється на механічну роботу. Принцип роботи ДВС заснований на фізичному ефекті теплового розширення газів, що утворюється у процесі згоряння паливно-повітряної суміші під тиском усередині циліндрів двигуна.

Класифікація двигунів внутрішнього згоряння

У процесі еволюції ДВС виділилися такі типи даних моторів, що довели свою ефективність:

Поршневідвигун внутрішнього згорання. Вони робоча камера перебуває усередині циліндрів, а теплова енергія перетворюється на механічну роботу у вигляді кривошипно-шатунного механізму, що передає енергію руху на колінчастий вал. Поршневі мотори діляться, у свою чергу, на
карбюраторні, В яких повітряно-паливна суміш формується в карбюраторі, впорскується в циліндр і займається там іскрою від свічки запалювання;

інжекторні, в яких суміш подається безпосередньо у впускний колектор, через спеціальні форсунки, під контролем електронного блоку управління, і також займається за допомогою свічки;
дизельні, В яких займання повітряно-паливної суміші відбувається без свічки, за допомогою стиснення повітря, яке від тиску нагрівається від температури, що перевищує температуру горіння, а паливо впорскується в циліндри через форсунки.
Роторно-поршневідвигун внутрішнього згорання. У моторах даного типу теплова енергія перетворюється на механічну роботу за допомогою обертання робочими газами ротора спеціальної форми та профілю. Ротор рухається «планетарною траєкторією» всередині робочої камери, що має форму «вісімки», і виконує функції як поршня, так і ГРМ (газорозподільного механізму), і колінчастого валу.
Газотурбіннідвигун внутрішнього згорання. У цих моторах перетворення теплової енергії в механічну роботу здійснюється за допомогою обертання ротора зі спеціальними клиноподібними лопатками, що приводить в рух вал турбіни.

Найбільш надійними, невибагливими, економічними в плані витрачання палива та необхідності в регулярному техобслуговуванні є поршневі двигуни.

Техніку з іншими видами ДВС можна вносити до Червоної книги. У наш час автомобілі з роторно-поршневими двигунами робить лише Mazda. Досвідчену серію автомашин з газотурбінним двигуном випускав «Chrysler», але це було в 60-х роках, і більше до цього питання ніхто з автовиробників не повертався. У СРСР газотурбінними двигунами оснащувалися танки "Т-80" та десантні кораблі "Зубр", але надалі вирішено було відмовитися від даного типу моторів. У зв'язку з цим, докладно зупинимося на поршневих двигунах внутрішнього згоряння, що «завоювали світове панування».

Корпус двигуна поєднує в єдиний організм:

блок циліндрів, всередині камер згоряння яких займається паливно-повітряна суміш, а гази від цього згоряння надають руху поршні;
кривошипно-шатунний механізм, що передає енергію руху на колінчастий вал;
газорозподільчий механізм, який покликаний забезпечувати своєчасне відкриття/закриття клапанів для впуску/випуску горючої суміші та відпрацьованих газів;
система подачі («уприскування») та займання («запалювання») паливно-повітряної суміші;
система видалення продуктів горіння(Вихлопних газів).

Чотирьохтактний двигун внутрішнього згоряння в розрізі

При пуску двигуна в його циліндри через впускні клапани впорскується повітряно-паливна суміш і запалюється там від свічки іскри запалювання. При згорянні і тепловому розширенні газів від надлишкового тиску поршень починає рухатися, передаючи механічну роботу на обертання коленвала.

Робота поршневого двигуна внутрішнього згоряння здійснюється циклічно. Ці цикли повторюються з частотою кілька сотень разів на хвилину. Це забезпечує безперервне поступальне обертання колінчастого валу, що виходить з двигуна.

Визначимося у термінології. Такт - це робочий процес, що відбувається в двигуні за один хід поршня, точніше, за його рух в одному напрямку, вгору або вниз. Цикл - це сукупність тактів, що повторюються певної послідовності. За кількістю тактів у межах одного робочого циклу ДВС поділяються на двотактні (цикл здійснюється за один оборот коленвала і два ходи поршня) і чотиритактні (за два обороти колінвала і чотири ходи поршня). При цьому, як у тих, так і в інших двигунах, робочий процес йде за таким планом: впуск; стиск; згоряння; розширення та випуск.

Принципи роботи ДВС

- Принцип роботи двотактного двигуна

Коли відбувається запуск двигуна, поршень, що захоплюється поворотом колінчастого валу, починає рухатися. Як тільки він досягає своєї нижньої мертвої точки (НМТ) і переходить до руху вгору, камеру згоряння циліндра подається паливно-повітряну суміш.

У своєму русі вгору поршень стискає її. У момент досягнення поршнем його верхньої мертвої точки (ВМТ) іскра від свічки електронного запалювання спалахує паливно-повітряну суміш. Миттєво розширюючись, пари палива, що горить, стрімко штовхають поршень назад до нижньої мертвої точки.

У цей час відкривається випускний клапан, через який розжарені вихлопні гази видаляються з камери згоряння. Знову пройшовши НМТ, поршень відновлює свій рух до ВМТ. За цей час колінчастий вал здійснює один оборот.

При новому русі поршня знову відкривається канал впуску паливно-повітряної суміші, яка заміщає весь обсяг відпрацьованих газів, що вийшли, і весь процес повторюється заново. Зважаючи на те, що робота поршня в подібних моторах обмежується двома тактами, він робить набагато меншу, ніж у чотиритактному двигуні, кількість рухів за певну одиницю часу. Мінімізуються втрати на тертя. Однак виділяється велика теплова енергія, і двотактні двигуни швидше та сильніше гріються.

У двотактних двигунах поршень замінює собою клапанний механізм газорозподілу, в ході свого руху в певні моменти відкриваючи та закриваючи робочі отвори впуску та випуску в циліндрі. Найгірший, у порівнянні з чотиритактним двигуном, газообмін є головним недоліком двотактної системи ДВЗ. У момент видалення вихлопних газів втрачається певний відсоток як робочої речовини, а й потужності.

Сферами практичного застосування двотактних двигунів внутрішнього згоряння стали мопеди та моторолери; човнові мотори, газонокосарки, бензопили тощо. малопотужна техніка.

Даних недоліків позбавлені чотиритактні ДВС, які, у різних випадках, і встановлюються на практично всі сучасні автомобілі, трактори та іншу техніку. Вони впуск/ випуск горючої суміші/вихлопних газів здійснюються як окремих робочих процесів, а чи не поєднані зі стиском і розширенням, як і двухтактных. За допомогою газорозподільного механізму забезпечується механічна синхронність роботи впускних та випускних клапанів із оборотами коленвала. У чотиритактному двигуні впорскування паливно-повітряної суміші відбувається тільки після повного видалення відпрацьованих газів та закриття випускних клапанів.

Процес роботи двигуна внутрішнього згоряння

Кожен такт роботи становить один хід поршня в межах від верхньої до нижньої мертвих точок. При цьому двигун проходить через наступні фази роботи:

Такт перший, впуск. Поршень здійснює рух від верхньої до нижньої мертвої точки. У цей час усередині циліндра виникає розрядження, відкривається впускний клапан і надходить паливно-повітряна суміш. На завершення впуску тиск у порожнині циліндра становить у межах від 0,07 до 0,095 МПа; температура – від 80 до 120 градусів Цельсія.
Такт другий, стиск. При русі поршня від нижньої до верхньої мертвої точки і закритих впускний і випускний клапан відбувається стиснення горючої суміші в порожнині циліндра. Цей процес супроводжується підвищенням тиску до 1,2-1,7 МПа, а температури – до 300-400 градусів Цельсія.
Такт третій, розширення. Паливно-повітряна суміш спалахує. Це супроводжується виділенням значної кількості теплової енергії. Температура в порожнині циліндра різко зростає до 2,5 тисячі градусів за Цельсієм. Під тиском поршень швидко рухається до своєї нижньої мертвої точки. Показник тиску становить від 4 до 6 Мпа.
Такт четвертий, випуск. Під час зворотного руху поршня до верхньої мертвої точки відкривається випускний клапан, через який вихлопні гази виштовхуються з циліндра у випускний трубопровід, а потім і в довкілля. Показники тиск у завершальній стадії циклу становлять 0,1-0,12 МПа; температури – 600-900 градусів за Цельсієм.

Допоміжні системи двигуна внутрішнього згоряння

Система запалювання є частиною електрообладнання машини та призначена для забезпечення іскри, що займає паливно-повітряну суміш у робочій камері циліндра. Складовими частинами системи запалення є:

Джерело живлення. Під час запуску двигуна є акумуляторна батарея, а під час його роботи - генератор.
Вмикач або замок запалювання. Це раніше механічне, а останніми роками все частіше електричний контактний пристрій для подачі електронапруги.
Накопичувач енергії. Котушка або автотрансформатор - вузол, призначений для накопичення та перетворення енергії, достатньої для виникнення потрібного розряду між електродами свічки запалювання.
Розподільник запалювання (трамблер). Пристрій призначений для розподілу імпульсу високої напруги по проводах, що ведуть до свічок кожного з циліндрів.

Система запалення ДВЗ

- Впускна система

Система впуску ДВЗ призначена длябезперебійний подачі в двигунатмосферного повітря,для його змішування з паливом та приготування горючої суміші. Слід зазначити, що в карбюраторних двигунах минулого впускна система складається з повітроводу та повітряного фільтра. І все. До складу впускної системи сучасних автомобілів, тракторів та іншої техніки входять:

Повітрозабірник. Є патрубком зручної для кожного конкретного двигуна форми. Через нього атмосферне повітря всмоктується всередину двигуна, за допомогою різниці в показниках тиску в атмосфері та двигуні, де при русі поршнів виникає розрідження.
Повітряний фільтр. Це витратний матеріал, призначений для очищення повітря, що надходить в мотор, від пилу і твердих частинок, їх затримки на фільтрі.
Дросельна заслінка. Повітряний клапан призначений для регулювання подачі потрібної кількості повітря. Механічно вона активується натисканням на педаль газу, а в сучасній техніці – за допомогою електроніки.
Впускний колектор. Розподіл потік повітря по циліндрах мотора. Для надання повітряному потоку потрібного розподілу використовуються спеціальні впускні заслінки та вакуумний підсилювач.

Паливна система, або система живлення ДВЗ, «відповідає» за безперебійну подачу пальногодля утворення паливно-повітряної суміші До складу паливної системи входять:

Паливний бак- ємність для зберігання бензину або дизпалива, із пристроєм для забору пального (насосом).
Паливопроводи- комплекс трубок і шлангів, якими до двигуна надходить його «їжа».
Пристрій сумішоутворення, тобто карбюратор або інжектор- спеціальний механізм для приготування паливно-повітряної суміші та її упорскування в ДВЗ.
Електронний блок керування(ЕБУ) сумішоутворенням та упорскуванням - в інжекторних двигунах цей пристрій «відповідає» за синхронну та ефективну роботу з освіти та подачі горючої суміші в мотор.
Паливний насос- Електричний пристрій для нагнітання бензину або солярки в паливопровід.
Паливний фільтр – витратний матеріал для додаткового очищення палива в процесі його транспортування від бака до двигуна.

Схема паливної системи ДВЗ

- Система змазки

Призначення системи мастила ДВЗ - зменшення сили тертята її руйнівного впливу на деталі; відведеннячастини зайвого тепла; видаленняпродуктів нагару та зносу; захистметалу від корозії. Система мастила ДВС включає:

Піддон картера- резервуар для зберігання моторної олії. Рівень олії в піддоні контролюється не лише спеціальним щупом, а й датчиком.
Масляний насос- хитає масло з піддону і подає його до потрібних деталей двигуна через спеціальні просвердлені канали-магістралі. Під дією сили тяжіння олія стікає зі змащених деталей вниз, назад у піддон картера, накопичується там, і цикл мастила повторюється знову.
Масляний фільтрзатримує та видаляє з моторного масла тверді частинки, що утворюються з нагару та продуктів зносу деталей. Фільтруючий елемент завжди змінюється на новий разом із кожною заміною моторного масла.
Масляний радіаторпризначений для охолодження моторної олії, за допомогою рідини із системи охолодження двигуна.

Вихлопна система ДВЗ служить для видаленнявідпрацьованих газіві зменшення шумностіроботи двигуна. У сучасній техніці вихлопна система складається з наступних деталей (по порядку виходу відпрацьованих газів з двигуна):

Випускний колектор.Це система труб із жароміцного чавуну, яка приймає розжарені відпрацьовані гази, гасить їх первинний коливальний процес і відправляє далі, у приймальну трубу.
Приймальна труба- вигнутий газовідведення з вогнестійкого металу, що в народі називається «штанами».
Резонатор, або, кажучи народною мовою, «банку» глушника - ємність, у якій відбувається поділ вихлопних газів та зниження їхньої швидкості.
Каталізатор- пристрій, призначений для очищення вихлопних газів та їх нейтрадизації.
Глушник- ємність з комплексом спеціальних перегородок, призначених для багаторазової зміни напрямку руху потоку газів і, відповідно, їхньої шумності.

Вихлопна система ДВЗ

- Система охолодження

Якщо на мопедах, моторолерах і недорогих мотоциклах досі застосовується повітряна система охолодження двигуна - зустрічним потоком повітря, то більш потужної техніки її, зрозуміло, недостатньо. Тут працює рідинна система охолодження, призначена для забирання зайвого теплау мотора та зниження теплових навантаженьйого деталі.

РадіаторСистема охолодження служить для віддачі надлишкового тепла в навколишнє середовище. Він складається з великої кількості вигнутих алюмінієвих трубок з ребрами для додаткової тепловіддачі.
Вентиляторпризначений для посилення охолодного ефекту на радіатор від зустрічного потоку повітря.
Водяний насос(Помпа) - «ганяє» охолодну рідину по «малому» і «великому» колах, забезпечуючи її циркуляцію через двигун і радіатор.
Термостат- спеціальний клапан, що забезпечує оптимальну температуру охолоджуючої рідини шляхом запуску її «малого кола», минаючи радіатор (при холодному двигуні) і по «великому колу», через радіатор - при прогрітому двигуні.

Злагоджена робота даних допоміжних систем забезпечує максимальну віддачу від двигуна внутрішнього згоряння та його надійність.

На закінчення необхідно відзначити, що в найближчому майбутньому не передбачається появи гідних конкурентів двигуну внутрішнього згоряння. Є всі підстави стверджувати, що у своєму сучасному, вдосконаленому вигляді він ще кілька десятиліть залишиться панівним видом мотора у всіх галузях світової економіки.

На сьогоднішній день двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ)або як його ще називають "атмосферник" – основний тип двигуна, який широко застосовується в автомобільній індустрії. Що таке ДВС? Це - багатофункціональний тепловий агрегат, який за допомогою хімічних реакцій та законів фізики перетворює хімічну енергію паливної суміші на механічну силу (роботу).

Двигуни внутрішнього згоряння поділяються на:

Поршневий ДВЗ.
Роторно-поршневий ДВЗ.
Газотурбінний ДВЗ.

Поршневий двигун внутрішнього згоряння - найпопулярніший серед перелічених вище двигунів, він завоював світове визнання і вже багато років лідирує в автоіндустрії. Пропоную детальніше розглянути пристрій ДВС, і навіть принцип його роботи.

До переваг поршневого двигуна внутрішнього згоряння можна віднести:

Універсальність (застосування різних транспортних засобах).
Високий рівень автономної роботи.
Компактні розміри.
Прийнятна ціна.
Здатність швидкого запуску.
Невелика вага.
Можливість роботи з різними видами палива.

Крім "плюсів" має двигун внутрішнього згоряння та низку серйозних недоліків, серед яких:

Висока частота обертання коленвала.
Великий рівень шуму.
Занадто великий рівень токсичності у вихлопних газах.
Маленький ККД (коефіцієнт корисної дії).
Невеликий ресурс служби.

Двигун внутрішнього згораннярозрізняються за типом палива, вони бувають:

Бензиновими.
Дизельні.
А також газовими та спиртовими.

Останні два можна назвати альтернативними, оскільки на сьогоднішній день вони не набули широкого застосування.

Спиртовий ДВЗ працюючий на водні - найперспективніший і найекологічніший, він не викидає в атмосферу шкідливий для здоров'я "СО2", який міститься у відпрацьованих газах поршневих двигунів внутрішнього згоряння.

Поршневий ДВС складається з наступних підсистем:

Кривошипно-шатунний механізм (КШМ).
Система впуску.
Паливна система.
Система змазки.
Система запалювання (у бензинових двигунах).
Випускна система
Система охолодження.
Система управління.

Корпус двигуна складається з декількох частин, які входять: блок циліндрів, а також головка блоку циліндрів (ГБЦ). Завдання КШМ - перетворити зворотно-поступальні рухи поршня в обертальні рухи коленвала. Газорозподільний механізм необхідний ДВС для забезпечення своєчасного впуску в циліндри паливно-повітряної суміші та такий же своєчасний випуск відпрацьованих газів.

Впускна система служить для своєчасної подачі повітря в двигун, необхідний освіти паливно-повітряної суміші. Паливна система здійснює подачу в двигун палива, в тандемі ці дві системи працюють над утворенням паливно-повітряної суміші після чого вона подається за допомогою системи впорскування в камеру згоряння.

Запалення паливно-повітряної суміші відбувається завдяки системі запалення (у бензинових ДВС), у дизельних моторах займання відбувається за рахунок стиснення суміші та свічок розжарення.

Система мастила як зрозуміло з назви служить для мастила деталей, що труться, знижуючи тим самим їх знос, збільшуючи термін їх служби і відводячи тим самим від їх поверхонь температуру. Охолодження поверхонь і деталей, що нагріваються, забезпечує система охолодження, вона відводить температуру за допомогою охолоджуючої рідини по своїх каналах, яка проходячи через радіатор - охолоджується і повторює цикл. Система випуску забезпечує виведення відпрацьованих газів з циліндрів ДВС за допомогою , яка входить до складу цієї системи, знижує шум викидів газів, що супроводжується, і їх токсичність.

Система керування двигуном (у сучасних моделях за це відповідає електронний блок керування (ЕБУ) або бортовий комп'ютер) необхідна для електронного керування всіма вищеописаними системами та забезпечення їхньої синхронності.

Як працює двигун внутрішнього згоряння?

Принцип роботи ДВСбазується на ефект теплового розширення газів, яке виникає під час згоряння паливно-повітряної суміші, за рахунок чого здійснюється рух поршня в циліндрі. Робочий цикл двигуна внутрішнього згоряння відбувається за два обороти колінвала і складається з чотирьох тактів, звідси і назва – чотиритактний двигун.

Перший такт – впуск.
Другий – стиск.
Третій – робочий хід.
Четвертий – випуск.

Під час перших двох тактів - впуску та робочого такту, рухається вниз, за два інших стиск та випуск – поршень йде вгору. Робочий цикл кожного з циліндрів налаштований таким чином, щоб не збігатися по фазах, це необхідно для того, щоб забезпечити рівномірність роботи двигуна внутрішнього згоряння. Є у світі та інші двигуни, робочий цикл яких відбувається всього за два такти – стиск та робочий хід, цей двигун називається двотактним.

На такті впуску паливна система і впускна утворюють паливно-повітряну суміш, яка утворюється у колекторі впускного або безпосередньо в камері згоряння (все залежить від типу конструкції). У впускному колекторі у випадку з центральним та розподіленим упорскуванням бензинових ДВЗ. У камері згоряння у випадку з безпосереднім упорскуванням у бензинових та дизельних моторах. Паливно-повітряна суміш або повітря під час відкриття впускних клапанів ГРМ подається в камеру згоряння за рахунок розряджання, яке виникає під час руху поршня вниз.

Впускні клапани закриваються на такті стиснення, після чого паливно-повітряна суміш циліндрів двигуна стискається. Під час такту "робочий хід" суміш займається примусово або самозаймається. Після загоряння в камері виникає великий тиск, який створюють гази, цей тиск впливає на поршень, якому нічого не залишається, як почати рухатися вниз. Цей рух поршня в тісному контакті з кривошипно-шатунним механізмом надають руху колінчастий вал, який у свою чергу утворює крутний момент, що приводить колеса автомобіля в рух.

Такт "випуск", після чого відпрацьовані гази звільняють камеру згоряння, а потім і випускну систему, йдучи охолодженими та частково очищеними в атмосферу.

Коротке резюме

Після того, як ми розглянули принцип роботи двигуна внутрішнього згорянняможна зрозуміти чому ДВС має низький ККД, який становить приблизно 40%. У той час як в одному циліндрі відбувається корисна дія, інші циліндри грубо кажучи не діють, забезпечуючи роботу першими тактами: впуск, стиснення, випуск.

На цьому у мене все, сподіваюся вам все зрозуміло, після прочитання цієї статті ви легко зможете відповісти на питання, що таке ДВЗ і як влаштований двигун внутрішнього згоряння. Дякую за увагу!

(Двигун внутрішнього згоряння) є тепловою машиною і працює за принципом спалювання суміші палива і повітря в камері згоряння. Головним завданням такого пристрою є перетворення енергії згоряння паливного заряду в механічну корисну роботу.

Незважаючи на загальний принцип дії, сьогодні існує велика кількість агрегатів, які суттєво відрізняються один від одного завдяки низці індивідуальних конструктивних особливостей. У цій статті ми поговоримо про те, які бувають двигуни внутрішнього згоряння, а також у чому полягають їхні головні особливості та відмінності.

Читайте у цій статті

Типи двигунів внутрішнього згоряння

Почнемо з того, що ДВС може бути двотактним та чотиритактним. Що стосується автомобільних моторів, зазначені чотиритактні агрегати. Такти роботи двигуна є:

впуск паливно-повітряної суміші або повітря (що залежить від типу ДВЗ);
стиснення суміші пального та повітря;
згоряння паливного заряду та робочий хід;
випуск із камери згоряння відпрацьованих газів;

За таким принципом працюють як бензинові, так і дизельні поршневі мотори, які знайшли широке застосування в автомобілях та іншій техніці. Також варто згадати і те, в яких газове паливо спалюється аналогічно дизпаливу або бензину.

Бензинові силові агрегати

Така система живлення, особливо розподілене упорскування, дозволяє збільшити потужність мотора, при цьому досягається паливна економічність і відбувається зниження токсичності газів, що відпрацювали. Це стало можливим завдяки точному дозування палива, що подається під керуванням (електронна система управління двигуном).

Подальший розвиток систем паливоподачі призвело до появи моторів з прямим (безпосереднім) упорскуванням. Головною їхньою відмінністю від попередників є те, що повітря та паливо подається в камеру згоряння окремо. Інакше кажучи, форсунка встановлюється над впускними клапанами, а монтується у циліндр.

Подібне рішення дозволяє подавати паливо безпосередньо, причому сама подача розділена на кілька етапів (підприскування). В результаті вдається досягти максимально ефективного та повноцінного згоряння паливного заряду, двигун отримує можливість працювати на бідній суміші (наприклад, мотори сімейства GDI), падає витрата палива, знижується токсичність вихлопу тощо.

Дизельні мотори

Працює на дизпаливі, а також значною мірою відрізняється від бензинового. Основна відмінність полягає у відсутності іскрової системи запалення. Займання суміші палива та повітря в дизелі походить від стиснення.

Якщо просто, спочатку в циліндрах стискається повітря, яке сильно нагрівається. В останній момент відбувається упорскування прямо в камеру згоряння, після чого нагріта і сильно стиснута суміш займається самостійно.

Якщо порівнювати дизельні та бензинові ДВС, дизель відрізняється вищою економічністю, кращим ККД та максимумом, який доступний на низьких оборотах. З урахуванням того, що дизелі розвивають більше тяги при менших оборотах коленвала, на практиці такий мотор не потрібно «крутити» на старті, а також можна розраховувати на впевнений підхоплення з «низів».

Однак у списку мінусів таких агрегатів можна виділити , а також більшу вагу та менші швидкості в режимі максимальних обертів. Справа в тому, що дизель спочатку "тихохідний" і має меншу частоту обертання в порівнянні з бензиновими ДВС.

Дизелі також відрізняються більшою масою, так як особливості займання від стиснення передбачають серйозніші навантаження на всі елементи такого агрегату. Іншими словами, деталі в дизельному моторі більш міцні та важкі. Також дизельні мотори більш галасливі, що зумовлено процесом займання та згоряння дизельного палива.

Роторний двигун

Двигун Ванкеля (роторно-поршневий двигун) є принципово іншою силовою установкою. У такому ДВС звичні поршні, які здійснюють зворотно-поступальні рухи в циліндрі, просто відсутні. Головним елементом роторного двигуна є ротор.

Вказаний ротор обертається заданою траєкторією. Роторні ДВС бензинові, так як подібна конструкція не здатна забезпечити високий рівень стиснення робочої суміші.

До плюсів відносять компактність, більшу потужність при незначному робочому об'ємі, а також здатність швидко розкручуватися до високих обертів. В результаті автомобілі з таким ДВС мають видатні розгінні характеристики.

Якщо говорити про мінуси, то варто виділити помітно знижений ресурс порівняно з поршневими агрегатами, а також високу витрату палива. Також роторний двигун відрізняється підвищеною токсичністю, тобто не зовсім вписується у сучасні екологічні стандарти.

Гібридний двигун

На одних ДВС для отримання необхідної потужності використовується в комплексі з турбонаддувом, тоді як на інших з таким же робочим об'ємом і компонуванням такі рішення відсутні.

Тому для об'єктивної оцінки продуктивності того чи іншого двигуна на різних оборотах, причому не на колінвалу, а на колесах, необхідно проводити спеціальні комплексні виміри на динамометричному стенді.

Читайте також

Удосконалення конструкції поршневого двигуна, відмова від КШМ: безшатунний двигун, а також двигун без колінвалу. Особливості та перспективи.

Двигуни лінійки TSI. Конструктивні особливості, переваги та недоліки. Модифікації з одним та двома нагнітачами. Рекомендації щодо експлуатації.

Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) - на сьогоднішній день найпоширеніший тип двигуна. Перелік транспортних засобів, у яких він встановлюється просто величезний. ДВЗ можна виявити на автомобілях, вертольотах, танках, тракторах, катерах і т.д.

Двигун внутрішнього згоряння - це тепловий двигун, в якому відбувається перетворення частини хімічної енергії палива, що згорає, в механічну енергію. Істотний поділ двигунів на категорії це розподіл за робочим циклом на 2-х і 4-х тактні; за способом приготування горючої суміші - із зовнішнім (зокрема карбюраторні) та внутрішнім (наприклад дизелі) сумішоутворенням; за видом перетворювача енергії ДВС діляться на поршневі, турбінні, реактивні та комбіновані.

Коефіцієнт корисної дії двигуна внутрішнього згоряння – 0,4-0,5. Перший двс сконструйований Е. Ленуаром в 1860. Ми розглянемо в цій статті чотиритактний двигун внутрішнього згоряння, що найчастіше застосовується в автомобілебудуванні.

Вперше чотиритактний двигун був представлений Ніколаусом Отто в 1876 році і тому він також зветься двигуном з циклом Отто. Більш грамотна назва такого циклу – чотиритактний цикл. В даний час це найпоширеніший вид двигуна для автомобілів.

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ)

Дія поршневого двигуна внутрішнього згоряння ґрунтується на використанні тиску теплового розширення нагрітих газів під час руху поршня. Нагрівання газів відбувається в результаті згоряння в циліндрі паливо-повітряної суміші. Для повторення циклу відпрацьовану газову суміш потрібно випустити наприкінці руху поршня та заповнити новою порцією палива та повітря. У крайньому становищі відбувається запалювання палива від іскри свічки. Впуск та випуск палива та продуктів згоряння відбуваються через клапани, керовані механізмом газорозподілу та системою подачі палива.

Таким чином, цикл роботи двигуна поділяється на наступні етапи:

Такт впуску.
Такт стиснення.
Такт розширення, чи робочий хід.
Такт випуску

Зусилля від рухомого поршня циліндра через колінчастий вал перетворюється на обертальний рух валу двигуна. Частина енергії обертання витрачається повернення поршнів у вихідний стан, скоєння нового циклу. Конструкція валу визначає різне положення поршнів у різних циліндрах у кожний момент часу. Таким чином, чим більше в двигуні циліндрів, тим, в загальному випадку, рівномірніше обертання його валу.

За розташуванням циліндрів двигуни поділяються на кілька типів:

а) Двигуни з вертикальним або похилим розташуванням циліндрів в один ряд

Б) V-подібні із взаємним розташуванням циліндрів під кутом у формі латинської літери V:

D) Двигуни з протилежними циліндрами. Він носить назву "опозитний", циліндри в ньому розташовані під кутом 180 градусів:

Механізм газорозподілу двигуна на такті випуску забезпечує очищення циліндрів від продуктів згоряння (відпрацьованих газів) та наповнення циліндрів новою порцією паливно-повітряної суміші на такті впуску.

Система запалювання виробляє високовольтний розряд та передає його свічці циліндра через високовольтний провід. Управління підпалом здійснює трамблер, дроти від якого підходять до кожної свічки. Трамблер влаштований таким чином, щоб розряд виникав саме в тому циліндрі, де поршень зараз проходить точку найбільшого стиснення паливної суміші. Якщо суміш спалахне раніше, то тиск газу спрацює проти його ходу, якщо пізніше - потужність виділена розширенням газів буде використана не повністю.

Для запуску двигуна йому необхідно надати початковий рух. Для цього використовується система старту (див. статтю "як працює стартер") від електричного двигуна – стартера.

Переваги бензинових двигунів

Нижчий рівень шуму та вібрацій у порівнянні з дизелем;
Велика потужність за рівного об'єму двигуна;
Можливість роботи на високих обертах без серйозних наслідків для двигуна.

Недоліки бензинових двигунів

Більша ніж у дизеля витрата палива, і більш високі вимоги до його якості;
Необхідність наявності та постійної роботи системи запалення палива;
Найбільша потужність бензинових ДВЗ досягається у вузькому діапазоні оборотів.

З моменту винаходу першого мотора, що працює за рахунок горіння паливної суміші, пройшло вже більше ста п'ятдесяти років. Людство просунулося у технічному прогресі, проте замінити так і не вдається. Цей тип силової установки використовується як привід техніки. За рахунок мотора працюють мопеди, автомобілі, трактори та інші самохідні агрегати.

За час експлуатації, винайдено та застосовано до використання більше десяти видів та типів моторів. Проте принцип роботи не змінився. У порівнянні з паровим агрегатом, який передував установці, двигун, що перетворює теплову енергію згоряння в механічну роботу, більш економічний з великим коефіцієнтом корисної дії. Ці властивості, запорука успіху двигуна, який півтора століття залишається затребуваним і користується популярністю.

Поршневий двигун внутрішнього згоряння у розрізі

Особливість роботи

Особливість, що робить двигун не схожим на інші установки, полягає в тому, що робота двигуна внутрішнього згоряння супроводжується займанням паливної суміші безпосередньо в камері. Саме місце, де відбувається горіння, всередині установки, це лягло в основу назви класифікації моторів. У процесі складної екзотермічної реакції, коли вихідна робоча суміш перетворюється на продукти згоряння з виділенням тепла, виконується перетворення на механічну роботу. Робота за рахунок теплового розширення, рушійна сила, без якої було б не можливе існування установки. Принцип зав'язаний тиску, газів у просторі циліндра.

Види двигунів

У процесі технічного прогресу розроблялися і випробовувалися види агрегатів, у яких пальне спалювалося у внутрішньому просторі, в повному обсязі довели свою доцільність. Виділено поширені типи двигунів внутрішнього згоряння:

Поршневе встановлення.

Складова частина агрегату виконана у вигляді блоку з вмонтованими всередину циліндричними порожнинами. Частина циліндра служить спалювання пального. За допомогою поршня, кривошипу та шатуна відбувається трансформація енергії горіння в енергію обертання валу. Залежно від того, як готується горюча суміш, агрегати ділять:

Карбюраторні.У таких установках пальне готується за рахунок карбюрації. Атмосферне повітря і паливо транспортуються в механізм пропорції, після чого змішується всередині установки. Готова суміш подається в камеру та спалюється;
Інжектор.В установку робоча суміш подається за допомогою розпилювача. Упорскування здійснюється в колектор і контролюється електронікою. По колектору пальне надходить у камеру, де підпалюється свічкою;
Дизель.Принцип докорінно відрізняється від попередніх опонентів. Процес протікає рахунок тиску. В об'єм через розпилювач впорскується порція палива (солярка), температура повітря вища за температуру горіння, пальне займається.

Поршневий мотор:

Роторно-поршневий двигун.Перетворення енергії розширення газів на механічну роботу відбувається за рахунок оборотів ротора. Ротор являє собою деталь спеціального профілю, на яку тиснуть гази, змушуючи здійснювати обертальні рухи. Траєкторія руху ротора камерою об'ємного витіснення складна, утворена епітрохоїдою. Ротор виконує функції: поршня, розподільника газів, валу.

Роторно-поршневий мотор:

Газотурбінні двигуни.Процес виконується рахунок перетворення тепла на роботу. Безпосередню участь беруть лопатки ротора. Обертання деталей від потоку газів передається на турбіну.

Сьогодні, поршневі мотори остаточно витіснили решту типів установок і зайняли домінуюче становище в автомобільній галузі. Відсоткове співвідношення роторно-поршневих двигунів мало, оскільки виробництвом займається тільки Mazda. До того ж, випуск установок ведеться в обмеженій кількості. Газотурбінні агрегати так само не прижилися, оскільки мали низку недоліків для цивільного використання, основний це підвищена витрата палива.

Класифікація двигунів внутрішнього згоряння так само можлива і за споживаним паливом. Двигуни використовують: бензин, дизель, газ, комбіноване паливо.

Газотурбінний мотор:

Пристрій

Незважаючи на різноманітність установок, види двигунів внутрішнього згоряння компонуються з кількох вузлів. Сукупність компонентів розміщується у корпусі агрегату. Чітка і злагоджена робота кожної складової частини окремо, в сукупності представляє мотор єдиним неподільним організмом.

Блок мотора. Блок циліндрів поєднує в собі порожнини циліндричної форми, всередині яких відбувається займання, і згоряння паливоповітряної суміші. Горіння призводить до теплового розширення газів, а циліндри двигуна служать напрямною, що не дає тепловому потоку вийти за межі необхідних рамок;

Блок циліндрів двигуна:

Механізм кривошипів і шатунів мотора. Сукупність важелів, за допомогою яких на колінчастий вал передається сила, що змушує здійснювати обертальні рухи;

Кривошипно-шатунний механізм двигуна:

Розподільник газу мотора. Приводить в рух клапана впуску та випуску, сприяє процесу газообміну. Виводить відпрацювання із порожнини агрегату, наповнює її потрібною порцією з метою продовжити роботу механізму;

Газорозподільний механізм двигуна:

Підведення пального в моторе.Служить для приготування порції пального в потрібній пропорції з повітрям, передає цю порцію в порожнину за допомогою розпилення або самопливом;

Система запалення в моторі. Механізм підпалює порцію в порожнині камери. Виконується за допомогою свічки запалювання або свічки розжарювання.

Свіча запалювання:

Система виведення відпрацьованих продуктів з мотора. Механізм призначений для ефективного видалення згорілих продуктів та надлишків тепла.

Приймальна труба:

Запуск силової установки внутрішнього згоряння супроводжується подачею пального в агрегат, у порожнині камери об'ємного витіснення субстанція згоряє. Процес супроводжується виділенням тепла та збільшенням обсягу, що провокує переміщення поршня. Переміщаючись, деталь перетворює механічну роботу на кручення колінчастого механізму.

Після завершення дія повторюється знову, таким чином, не перериваючись ні на хвилину. Процеси, протягом яких здійснюється робота установки:

Переміщення поршня з крайнього нижнього положення в крайнє верхнє положення і в зворотному порядку. Такт вважається одним переміщенням в один бік.
Цикл.Сумарна кількість тактів, необхідна при виконанні роботи. Конструктивно, агрегати можуть виконувати цикл за 2 (один оборот валу) або 4 (два обороти) такту.
Робочий процес. Дія, яка передбачає: впуск суміші, здавлювання, окислення, робочий хід, видалення. Робочий процес характерний як двотактних моторів, так чотирьохтактних двигунів.

Двотактний мотор

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння, що використовує як робочий процес два такти простий. Відмінна риса двигуна, виконання двох тактів: здавлювання і робочий хід. Такти впуску та очищення інтегровані у здавлювання та робочий хід, тому вал провертається на 360° за робочий процес.

Виконуваний порядок такий:

Здавлювання.Поршень з крайнього нижнього положення йде у крайнє верхнє положення. Переміщення створює розрядження під поршнем, завдяки чому через продувальні отвори просочується пальне. Подальше переміщення провокує перекриття отвору впуску спідницею поршня та отворів випуску, що виводять відпрацювання. Замкнутий простір сприяє зростанню напруги. У крайній верхній точці заряд запалюється.
Горіння створює тиск всередині камери, змушуючи за допомогою розширення газів переміщатися поршень в низ. Відбувається почергове відкриття випускних та продувних вікон. Напруга в ділянці днища провокує надходження пального в циліндричну порожнину, одночасно очищаючи її від відпрацювання.

Пристрій агрегату на два такти виключає механізм розподільчого газу, що позначається на якості процесу обміну. Крім того, неможливо виключити продування, а це сильно збільшує витрату палива, оскільки частина суміші викидається назовні з відпрацьованими газами.

Принцип роботи двотактного двигуна:

Чотирьохтактний мотор

Моторами, які виконують 4 такти роботи двигуна внутрішнього згоряння за робочий процес, оснащена техніка, що використовується сьогодні. У цих моторах, введення та виведення пального та відпрацювання, виконуються окремими тактами. Двигуни використовують механізм розподілу газів, що синхронізує клапани та вал. Перевага двигуна на чотири такти, подача пального в очищену від відпрацьованих газів камеру при закритих клапанах, що виключає витік палива.

Порядок такий:

Переміщення поршня з крайнього верхнього положення в крайнє нижнє. Відбувається розрядження в порожнині, що відкриває клапан впуску. Пальне входить у камеру об'ємного витіснення.
Здавлювання. Переміщення поршня знизу вгору (крайні положення). Отвори входу та виходу перекриті, що сприяє наростанню тиску в камері об'ємного витіснення.
Робочий хід. Суміш загоряється, виділяється тепло, різке збільшення обсягу та зростання сили, що давить на поршень. Рух останнього до крайнього нижнього положення.
Очищення. Отвори випуску відкриті, поршень переміщається знизу догори. Позбавлення відпрацьовування, очищення порожнини перед наступною порцією робочої суміші.

Механічний ККД двигуна внутрішнього згоряння, з циклом на 4 такти нижче, порівняно з агрегатом на 2 такти. Це зумовлено складним пристроєм та наявністю механізму розподілу газів, який забирає частину енергії на себе.

Принцип роботи чотиритактного двигуна:

Механізм іскроутворення

Мета механізму, своєчасне іскріння в порожнині циліндра двигуна. Іскра допомагає спалахнути паливу і зробити агрегату робочий хід. Механізм іскроутворення, складова частина електричного обладнання автомобіля, куди входять:

Джерело зберігання електроенергії, акумулятор. Джерело, яке виробляє електричну енергію, генератор.
Механічне або електричний пристрій, що подає електричну напругу в мережу автомобіля, ще називають запалювання.
Накопичувач та перетворювач електричної енергії, трансформатор, або котушка. Механізм забезпечує достатній заряд на свічках двигуна.
Механізм розподілу запалювання, або трамблер. Пристрій призначений для розподілу та своєчасної подачі у потрібний циліндр електричного імпульсу на свічки запалювання.

Механізм впускання

Мета механізму, безперебійне утворення у циліндрах двигуна внутрішнього згоряння автомобіля, потрібної кількості повітря. Згодом повітря змішується з паливом, і все це займається для робочого процесу. Застарілі, карбюраторні мотори для впуску використовували елемент для фільтрації повітря та повітропровід. Сучасні установки укомплектовані:

Механізм забору повітря двигуном. Деталь виконана у вигляді патрубка, певного профілю. Завдання конструкції, подати в циліндр якнайбільше повітря створивши при цьому менший опір на вході. Всмоктування повітряної маси відбувається за рахунок різниці тисків при русі поршня в положення нижньої мертвої точки.
Повітряний фільтруючий елемент двигуна. Деталь застосовується для очищення повітря, що потрапляє в двигун. Робота елемента впливає ресурс і працездатність силової установки. Фільтр відноситься до витратних матеріалів і змінюється через проміжок часу.
Заслінка дроселя мотора.Перепускний механізм, що знаходиться у впускному колекторі і регулює кількість повітря, що подається в мотор. Деталь працює рахунок електроніки, чи механічним шляхом.
Колектор впуску двигуна. Призначення механізму, розподілити кількість повітря рівномірно по циліндрах двигуна. Процес регулюється заслінками впуску та підсилювачами потоку.

Система впуску:

Механізм харчування

Призначення, безперебійна подача палива для наступного змішування з повітрям та приготуванням гомогенної стехіометричної суміші. Механізм харчування включає:

Бак мотора. Ємність замкнутого типу, в якій зберігається паливо (бензин, солярка). Бак обладнаний пристроєм забору пального (помпа) та пристроєм, що заправляє ємність (заливна горловина).
Паливна проводка мотора.Патрубки, шланги, якими транспортується або перенаправляється паливо.
Механізм, який змішує пальне в моторі. Спочатку силові установки обладналися карбюратором, в сучасних двигунах застосовують інжектор. Завдання подати приготовлену суміш усередину камери згоряння.
Блок управління. Призначення механізму, керувати сумішоутворенням та упорскуванням. В установках, обладнаних інжектором, пристрій синхронізує роботу для підвищення ефективності процесу.
Помпа мотора. Пристрій, що створює напругу в паливному дроті мотора і сприяє руху горючої рідини.
Елемент фільтрації. Механізм очищає паливо, що надходить від домішок і бруду, що збільшує ресурс силової установки.

Механізм харчування:

Механізм мастила

Призначення механізму забезпечити деталі силової установки необхідною кількістю масла для створення на поверхнях захисної плівки. Застосування рідини зменшує вплив сили тертя у точках зіткнення деталей, видаляє продукти зношування, захищає агрегат від корозії, ущільнює вузли та механізми. складається:

Піддон мотора. Ємність, в якій міститься, зберігається і охолоджується мастильна рідина. Для нормального функціонування мотора важливо дотримуватися необхідного рівня масла, тому піддони укомплектовані щупом для контролю.
Масляна помпа мотора. Механізм, що перекачує рідину з піддона двигуна і направляє масло до точок, що потребують мастила. Рух олії відбувається магістралями.
Масляний фільтруючий елемент. Призначення деталі, очистити олію від домішок та продуктів зносу, які циркулюють у моторі. Елемент змінюють при кожній заміні олії, оскільки робота впливає на знос механізму.
Охолоджувач масла мотора. Призначення механізму, відбір надлишків тепла, із системи мастила. Оскільки масло, відводить тепло від перегрітих поверхонь, то саме масло так само схильне до перегріву. Характерна особливість механізму мастила, обов'язкове використання, незалежно від того, яка модель двигуна внутрішнього згоряння застосовується. Відбувається це з тієї причини, що сьогодні ефективніше цього способу захисту двигуна немає.

Система змазки:

Механізм випуску

Механізм призначений для відведення відпрацьованих газів та зменшення шуму у процесі роботи двигуна. Складається з наступних компонентів:

Колектор випуску мотора.Набір патрубків, виготовлених з жароміцного матеріалу, оскільки вони першими стикаються з розпеченими газами, що виходять із камери згоряння. Колектор гасить коливання та переправляє гази далі в трубу;
Труба мотора. Приймальна труба призначена для отримання газів та транспортування далі за системою. Матеріал, з якого виконана деталь, має високу стійкість до температур.
Резонатор. Пристрій, що дозволяє розділити гази та знизити їхню швидкість.
Каталізатор. Пристрій очищення та нейтралізації газів.
Глушник мотора.Резервуар із вмонтованими перегородками, завдяки перенаправленню відпрацьованих газів, дозволяє знизити шум.

Система випуску двигуна:

Механізм охолодження

На малопотужних двигунах внутрішнього згоряння застосовується охолодження двигуна зустрічним потоком. Сучасні агрегати, автомобільні, суднові, вантажні використовують рідинне охолодження. Завдання рідини, забрати на себе частину надлишкового тепла та знизити теплове навантаження на вузли та механізми агрегату. Механізм охолодження включає:

Радіатор двигуна. Завдання пристрою передати надлишкове тепло від рідини навколишньому середовищу. Деталь включає набір алюмінієвих трубок з відвідними ребрами;
Вентилятор двигуна. Завдання вентилятора, збільшити ефект від охолодження за рахунок примусового обдування радіатора та відведення з його поверхні надлишків тепла.
Помпа мотора. Завдання водяної помпи забезпечити циркуляцію рідини, що охолоджує, по системі. Циркуляція проходить по малому колу (поки двигун не розігрітий), після чого клапан перемикає рух рідини на велике коло.
Перепускний клапан мотора. Завдання механізму забезпечити перемикання циркуляції рідини з малого кола звернення на велике коло.

Система охолодження двигуна:

Незважаючи на численні спроби уникнути двигуна внутрішнього згоряння, в найближчому майбутньому, такої можливості не передбачається. Тому силові установки даного типу ще довго радуватимуть нас своєю злагодженою роботою.