Влаштування двс, технічні терміни (лікнеп), робота двс. Двигун внутрішнього згоряння

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, в якому перетворюється частина хімічної енергії, одержуваної при згорянні палива, 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 двигунизазвичай 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 горючої сумішів картер ДВС із 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 елементомміж 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 процесповторюється з разючою частотою – 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 температуращо призводить до появи надлишкового тиску в циліндрі. Це змушує рухатися поршень до « мертвою точкою». 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. Їх технічні характеристикисуттєво впливають на потужність ДВЗ. 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 саме вільне місцеміж верхніми частинами циліндра і поршня, який знаходиться у своїй верхньої мертвоїточці. 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. Зате ресурс таких двигунів вищий бензинових аналогів. Крім того, дизельні автомобіліспалахують значно рідше бензинових, 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 швидкістьобертання 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 колінвалу становить 50 000 об/хв.

Підписуйтесь на наші стрічки в

Проте світильний газ годився як для освітлення.

Честь створення комерційно успішного двигуна внутрішнього згоряння належить бельгійському механіку Жану Етьєну Ленуару. Працюючи на гальванічному заводі, Ленуар прийшов до думки, що паливно-повітряну суміш у газовому двигуні можна спалахувати за допомогою електричної іскри, і вирішив побудувати двигун на основі цієї ідеї. Вирішивши проблеми, що виникли по ходу (тугий хід і перегрів поршня, що веде до заклинювання) продумавши систему охолодження і змащення двигуна, Ленуар створив працездатний двигун внутрішнього згоряння. У 1864 році було випущено понад триста таких двигунів різної потужності. Розбагатівши, Ленуар перестав працювати над подальшим удосконаленням своєї машини, і це зумовило її долю - вона була витіснена з ринку досконалішим двигуном, створеним німецьким винахідником Августом Отто і одержав патент на винахід своєї моделі газового двигуна 1864 року.

У 1864 році німецький винахідник Августо Отто уклав договір з багатим інженером Лангеном для реалізації свого винаходу - було створено фірму «Отто та Компанія». Ні Отто, ні Ланген не володіли достатніми знаннями в галузі електротехніки та відмовилися від електричного запалення. Запалення вони здійснювали відкритим полум'ям через трубку. Циліндр двигуна Отто, на відміну двигуна Ленуара, був вертикальним. Волок, що обертається, містився над циліндром збоку. Принцип дії: вал, що обертається, піднімав поршень на 1/10 висоти циліндра, в результаті чого під поршнем утворювався розріджений простір і відбувалося всмоктування суміші повітря і газу. Потім суміш спалахнула. Під час вибуху тиск під поршнем зростало приблизно до 4 атм. Під впливом цього тиску поршень піднімався, обсяг газу збільшувався і тиск падало. Поршень спочатку під тиском газу, а потім за інерцією піднімався доти, доки під ним не створювалося розрідження. Таким чином, енергія палива, що згоріло, використовувалася в двигуні з максимальною повнотою. У цьому полягала головна оригінальна знахідка Отто. Робочий хід поршня вниз починався під дією атмосферного тиску, і після того, як тиск у циліндрі досягав атмосферного, відкривався випускний вентиль, і поршень своєю масою витісняв відпрацьовані гази. Через повніше розширення продуктів згоряння ККДцього двигуна був значно вищим, ніж ККД двигунаЛенуара і досягав 15%, тобто перевершував ККД найкращих парових машинтого часу. Крім того, двигуни Отто були майже вп'ятеро економічніше двигунівЛенуара, вони одразу стали мати великий попит. У наступні роки їх випустили близько п'яти тисяч штук. Незважаючи на це, Отто наполегливо працював над удосконаленням їхньої конструкції. Незабаром було застосовано кривошипно-шатунну передачу. Однак найважливіше з його винаходів було зроблено в 1877 році, коли Отто отримав патент на новий двигуніз чотиритактним циклом. Цей цикл досі лежить в основі роботи більшості газових та бензинових двигунів.

Типи двигунів внутрішнього згоряння

Поршневий ДВЗ

Роторний ДВЗ

Газотурбінний ДВС

• Поршневі двигуни - камера згоряння міститься в циліндрі, де теплова енергія палива перетворюється на механічну енергію, яка з поступального рухупоршня перетворюється на обертальну за допомогою кривошипно-шатунного механізму.

ДВЗ класифікують:

а) За призначенням - поділяються на транспортні, стаціонарні та спеціальні.

б) За родом застосовуваного палива - легкі рідкі (бензин, газ), важкі рідкі ( дизельне паливо, суднові мазути).

в) За способом утворення горючої суміші - зовнішнє (карбюратор, інжектор) та внутрішнє (в циліндрі ДВЗ).

г) За способом запалення (з примусовим запалюванням, із запаленням від стиснення, калоризаторні).

д) За розташуванням циліндрів поділяють рядні, вертикальні, опозитні з одним і двома колінвалами, V-подібні з верхнім і нижнім розташуванням колінвала, VR-подібні і W-подібні, однорядні і дворядні зіркоподібні, Н-подібні, дворядні з паралельними колінвалами, "подвійне віяло", ромбоподібні, трипроменеві та деякі інші.

Бензинові

Бензинові карбюраторні

Робочий цикл чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння займає два повні обороти кривошипу, що складається з чотирьох окремих тактів:

1. впуску,
2. стиснення заряду,
3. робочого ходу та
4. випуску (вихлопу).

Зміна робочих тактів забезпечується спеціальним газорозподільним механізмом, найчастіше він представлений одним чи двома розподільними валами, системою штовхачів та клапанами, що безпосередньо забезпечують зміну фази. Деякі двигуни внутрішнього згоряння використовували для цієї мети золотникові гільзи (Рікардо), що мають впускні та/або вихлопні вікна. Повідомлення порожнини циліндра з колекторами у разі забезпечувалося радіальним і обертальним рухами золотникової гільзи, вікнами відкриває потрібний канал. Зважаючи на особливості газодинаміки - інерційності газів, часу виникнення газового вітру такти впуску, робочого ходу та випуску в реальному чотиритактному циклі перекриваються, це називається перекриттям фаз газорозподілу. Чим вище робочі обороти двигуна, тим більше перекриття фаз і чим воно більше, тим менше крутний момент двигуна внутрішнього згоряння низьких оборотах. Тому в сучасних двигунахвнутрішнього згоряння все ширше використовуються пристрої, що дозволяють змінювати фази газорозподілу у процесі роботи. Особливо придатні для цієї мети двигуни з електромагнітним керуванням клапанами (BMW, Mazda). Є також двигуни з змінним ступенемстиснення (СААБ), що мають більшу гнучкість характеристики.

Двотактні двигуни мають безліч варіантів компонування та велику різноманітність конструктивних систем. Основний принцип будь-якого двотактного двигуна – виконання поршнем функцій елемента газорозподілу. Робочий цикл складається, строго кажучи, із трьох тактів: робочого ходу, що триває від верхньої мертвої точки ( ВМТ) до 20-30 градусів до нижньої мертвої точки ( НМТ), продування, що фактично поєднує впуск і вихлоп, і стиснення, що триває від 20-30 градусів після НМТ до ВМТ. Продування, з точки зору газодинаміки, слабка ланка двотактного циклу. З одного боку, неможливо забезпечити повний поділ свіжого заряду та вихлопних газів, тому неминучі або втрати свіжої суміші, що буквально вилітає у вихлопну трубу (якщо двигун внутрішнього згоряння - дизель, йдеться про втрату повітря), з іншого боку, робочий хід триває не половину обороту, а менше, що саме по собі знижує ККД. Водночас тривалість надзвичайно важливого процесугазообміну, чотиритактний двигунзаймає половину робочого циклу, може бути збільшена. Двотактні двигуни можуть взагалі не мати системи газорозподілу. Однак, якщо мова не йде про спрощені дешеві двигуни, двотактний двигун складніший і дорожчий за рахунок обов'язкового застосування повітродувки або системи наддуву, підвищена теплонапруженість ЦПГ вимагає більш дорогих матеріалів для поршнів, кілець, втулок циліндрів. Виконання поршнем функцій елемента газорозподілу зобов'язує мати його висоту не менше хід поршня + висота вікон, що продувають, що некритично в мопеді, але істотно обтяжує поршень вже при відносно невеликих потужностях. Коли ж потужність вимірюється сотнями кінських сил, збільшення маси поршня стає дуже серйозним чинником. Введення розподільних гільз із вертикальним ходом у двигунах Рікардо було спробою уможливити зменшення габаритів та маси поршня. Система виявилася складною та дорогою у виконанні, крім авіації, такі двигуни ніде більше не використовувалися. Вихлопні клапани (при прямоточному клапанному продуванні) мають удвічі більшу теплонапруженість у порівнянні з вихлопними клапанами чотирьохтактних двигунів і гірші умови для тепловідведення, а їх сідла мають більш тривалий прямий контакт з вихлопними газами.

Найпростішою з точки зору порядку роботи і найскладнішою з точки зору конструкції є система Фербенкс - Морзе, представлена ​​в СРСР та в Росії, переважно тепловозними дизелями серій Д100. Такий двигун є симетричною двовальною системою з поршнями, що розходяться, кожен з яких пов'язаний зі своїм коленвалом. Таким чином, цей двигун має два колінвали, механічно синхронізовані; той, який пов'язаний із вихлопними поршнями, випереджає впускний на 20-30 градусів. За рахунок цього випередження покращується якість продування, яка в цьому випадку є прямоточною, і покращується наповнення циліндра, тому що в кінці продування вихлопні вікна вже закриті. У 30х - 40х роках ХХ століття були запропоновані схеми з парами поршнів, що розходяться - ромбовидна, трикутна; існували авіаційні дизелі з трьома зіркоподібними поршнями, що розходяться, з яких два були впускними і один - вихлопним. У 20-х роках Юнкерс запропонував одновальну систему з довгими шатунами, пов'язаними з пальцями верхніх поршнів спеціальними коромислами; верхній поршень передавав зусилля на колінвал парою довгих шатунів, і на один циліндр припадало три коліна валу. На коромислах стояли також квадратні поршні продувних порожнин. Двотактні двигуни з поршнями будь-якої системи, що розходяться, мають, в основному, дві недоліки: по-перше, вони дуже складні і габаритні, по-друге, вихлопні поршні і гільзи в зоні вихлопних вікон мають значну температурну напруженість і схильність до перегріву. Кільця вихлопних поршнів також є термічно навантаженими, схильні до закоксовування та втрати пружності. Ці особливості роблять конструктивне виконання таких двигунів нетривіальним завданням.

Двигуни з прямоточним клапанним продуванням оснащені розподільним валом і вихлопними клапанами. Це значно знижує вимоги до матеріалів та виконання ЦПГ. Впуск здійснюється через вікна в гільзі циліндра, що відкриваються поршнем. Саме так компонується більшість сучасних двотактних дизелів. Зона вікон та гільза в нижній частині у багатьох випадках охолоджуються наддувним повітрям.

У випадках, коли однією з основних вимог до двигуна є його здешевлення, використовуються різні види кривошипно-камерної контурної віконно-віконної продувки - петльова, поворотно-петльова (дефлекторна) у різноманітних модифікаціях. Для поліпшення параметрів двигуна застосовуються різноманітні конструктивні прийоми - довжина впускного і вихлопного каналів, що змінюється, може варіюватися кількість і розташування перепускних каналів, використовуються золотники, що обертаються відсікачі газів, гільзи і шторки, що змінюють висоту вікон (і, відповідно, моменти початку впуску і вихлопу). Більшість таких двигунів мають повітряне пасивне охолодження. Їх недоліки - відносно невисока якість газообміну та втрати горючої суміші при продуванні, за наявності кількох циліндрів секції кривошипних камер доводиться розділяти та герметизувати, ускладнюється та здорожчується конструкція коленвала.

Додаткові агрегати, потрібні для ДВЗ

Недоліком двигуна внутрішнього згоряння є те, що він розвиває найвищу потужність лише у вузькому діапазоні обертів. Тому невід'ємним атрибутом двигуна внутрішнього згоряння є трансмісія. Лише окремих випадках (наприклад, у літаках) можна обійтися без складної трансмісії. Поступово завойовує світ ідея гібридного автомобіля, в якому двигун завжди працює в оптимальному режимі.

Крім того, двигуну внутрішнього згоряння потрібна система живлення (для подачі палива та повітря - приготування паливо-повітряної суміші), вихлопна система (для відведення вихлопних газів), також не обійтися без системи мастила (призначена для зменшення сил тертя в механізмах двигуна, захисту деталей двигуна від корозії, а також спільно з системою охолодження для підтримки оптимального теплового режиму), системи охолодження (для підтримання оптимального теплового режиму двигуна), система запуску (застосовуються способи запуску: електростартерний, за допомогою допоміжного пускового двигуна, пневматичний, за допомогою м'язової сили людини), система запалення (для запалення паливо-повітряної суміші, застосовується у двигунів з примусовим займанням).

Див. також

• Філіп Лебон - французький інженер, який отримав в 1801 патент на двигун внутрішнього згоряння зі стисненням суміші газу і повітря.
• Роторний двигун: конструкції та класифікація
• Роторно-поршневий двигун (двигун Ванкеля)

Примітки

Посилання

• Бен Найт «Збільшуємо пробіг» //Стаття про технології, які зменшують витрату палива автомобільним ДВС

Досить прості, незважаючи на безліч деталей, із яких він складається. Розглянемо це докладніше.

Загальний пристрій ДВЗ

Кожен із моторів має циліндр і поршень. У першому відбувається перетворення теплової енергії на механічну, яка здатна викликати рух автомобіля. Лише за одну хвилину цей процес повторюється кілька сотень разів, завдяки чому колінчастий вал, який виходить з мотора, обертається безперервно.

Двигун машини складається з кількох комплексів систем та механізмів, що перетворюють енергію на механічну роботу.

Її базою є:

газорозподільний;

кривошипно-шатунний механізм.

Крім цього, у ньому працюють такі системи:

• запалювання;

• охолодження;

Кривошипно-шатунний механізм

Завдяки йому зворотно-поступальний рух колінвала перетворюється на обертальний. Останнє передається всім системам легше, ніж циклічне, тим більше кінцевою ланкою передачі є колеса. А вони працюють за допомогою обертання.

Якби автомобіль не був колісним транспортним засобом, то цей механізм для пересування, можливо, не був би необхідним. Однак у випадку з машиною кривошипно-шатунна робота повністю виправдана.

Газорозподільчий механізм

Завдяки ГРМ робоча суміш або повітря надходить в циліндри (залежно від особливостей утворення суміші в моторі), потім видаляються гази і продукти згоряння, що вже відпрацювали.

При цьому обмін газів відбувається в призначений час у певній кількості, організуючись з тактами і гарантуючи якісну робочу суміш, а також отримання найбільшого ефекту від теплоти.

Система харчування

Суміш повітря з паливом згоряє у циліндрах. Система, що розглядається, регулює їх подачу в суворій кількості і пропорції. Буває зовнішнє та внутрішнє сумішоутворення. У першому випадку повітря і паливо перемішуються поза циліндром, а в іншому - усередині нього.

Систему живлення із зовнішнім утворенням суміші має спеціальний пристрійпід назвою карбюратор. У ньому паливо розпорошується в повітряному середовищі, а потім надходить у циліндри.

Автомобіля із системою внутрішнього сумішоутворення називається інжекторним та дизельним. Вони відбувається заповнення циліндрів повітрям, куди впорскується паливо у вигляді спеціальних механізмів.

Система запалювання

Тут відбувається примусове займання робочої суміші в двигуні. Дизельним агрегатамце не потрібно, тому що у них процес здійснюється через високе повітря, яке стає фактично розжареним.

В основному в двигунах застосовується іскровий електричний розряд. Однак, крім цього, можуть використовуватися запальні трубки, які займають робочу суміш палаючою речовиною.

Вона може підпалюватись та іншими способами. Але найпрактичнішим на сьогодні продовжує залишатися електроіскрова система.

Пуск

Цією системою досягається обертання колінвала двигуна при запуску. Це необхідно для початку функціонування окремих механізмів та самого двигуна в цілому.

Для запуску переважно використовується стартер. Завдяки йому процес здійснюється легко, надійно і швидко. Але можливий і варіант пневматичного агрегату, який працює на запасі в ресиверах або забезпечений компресором з електричним приводом.

Найпростішою системою є заводна рукоятка, через яку в моторі провертається колінвал і починається робота всіх механізмів та систем. Ще нещодавно всі водії возили її із собою. Однак ні про яку зручність у цьому випадку не могло бути мови. Тож сьогодні всі обходяться без неї.

Охолодження

У завдання цієї системи входить підтримка певної температури працюючого агрегату. Справа в тому, що згоряння у циліндрах суміші відбувається з виділенням теплоти. Вузли та деталі двигуна нагріваються, і їм необхідно постійно охолоджуватися, щоб працювати у штатному режимі.

Найбільш поширеними є рідинна та повітряна системи.

Для того, щоб двигун охолоджувався постійно, необхідний теплообмінник. У двигунах з рідинним варіантом його роль виконує радіатор, який складається з безлічі трубок для її переміщення та віддачі тепла стінам. Відведення ще більше збільшується через вентилятор, встановлений поруч із радіатором.

У приладах з повітряним охолодженням використовується ребра поверхонь найбільш нагрітих елементів, через що площа теплообміну істотно зростає.

Ця система охолодження є низькоефективною, тому на сучасних автомобілях вона встановлюється рідко. В основному її використовують на мотоциклах та на невеликих ДВС, для яких не потрібна важка робота.

Система змазки

Змащування деталей необхідне скорочення втрат механічної енергії, що у кривошипно-шатунном механізмі і ГРМ. Крім цього, процес сприяє зменшенню зносу деталей та деякому охолодженню.

Мастило в двигунах автомобілів в основному використовується під тиском, коли масло подається через трубопроводи за допомогою насоса.

Деякі елементи змащуються шляхом розбризкування або занурення в олію.

Двотактні та чотиритактні мотори

Пристрій двигуна автомобіля першого виду в даний час застосовується у досить вузькому діапазоні: на мопедах, недорогих мотоциклах, човни та бензокосарки. Його недоліком є ​​втрата робочої суміші під час видалення вихлопних газів. Крім цього, примусове продування і підвищені вимоги до термічної стійкості вихлопного клапана спричиняють зростання ціни двигуна.

У чотиритактному двигуні зазначених недоліків немає завдяки наявності газорозподільного механізму. Однак і в цій системі є свої проблеми. Найкращий режимроботи двигуна буде досягнуто в дуже вузькому діапазоні обертів колінчастого валу.

Розвиток технологій та поява електронних БО дозволило вирішити це завдання. У внутрішній пристрійдвигуна тепер входить електромагнітне керування, за допомогою якого вибирається оптимальний режимгазорозподілу.

Принцип роботи

ДВС працює в такий спосіб. Після того, як робоча суміш потрапляє в камеру згоряння, вона стискається і спалахує від іскри. При спалюванні в циліндрі утворюється надсильний тиск, який приводить у рух поршень. Він починає просуватися до нижньої мертвої точки, що є третім тактом (після впуску та стиснення), що називається робочим ходом. У цей час завдяки поршні починає обертатися коленвал. Поршень, своєю чергою, переміщаючись до верхньої мертвої точки, виштовхує відпрацьовані гази, що четвертим тактом роботи двигуна — випуском.

Вся чотиритактна роботавідбувається досить просто. Щоб легше було зрозуміти як загальний пристрійдвигуна автомобіля, так і його роботу, зручно подивитися відео, що наочно демонструє функціонування мотора ДВС.

Тюнінг

Багато автовласників, звикнувши до своєї машини, хочуть отримати від неї більше можливостейчим вона здатна дати. Тому нерідко для цього роблять тюнінг двигуна, збільшуючи його потужність. Це можна реалізувати кількома способами.

Наприклад, відомий чіп-тюнінг, коли шляхом комп'ютерного перепрограмування двигун налаштовують на більш динамічну роботу. Цей спосіб має як прибічники, і противники.

Більш традиційним методом є тюнінг двигуна, при якому здійснюються деякі його переробки. Для цього проводиться заміна з підходящими під нього поршнями та шатунами; встановлюється турбіна; проводяться складні маніпуляції з аеродинамікою тощо.

Пристрій двигуна автомобіля не такий складний. Однак у зв'язку з величезною кількістю елементів, що до нього входять, і необхідності узгодження їх між собою, для того щоб будь-які переробки отримали бажаний результат, потрібен високий професіоналізм того, хто їх здійснюватиме. Тому, перш ніж вирішуватись на це, варто витратити зусилля для пошуку справжнього майстра своєї справи.

Ось уже близько ста років усюди у світі основним силовим агрегатомна автомобілях та мотоциклах, тракторах та комбайнах, іншій техніці 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 видівДВЗ 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 двигуниділяться, у свою чергу, на
• карбюраторні, в яких повітряно-паливна сумішформується в карбюраторі, впорскується в циліндр і спалахує там іскрою від свічки запалювання;

• інжекторні, в яких суміш подається безпосередньо в впускний колекторчерез 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 типутеплова енергія перетворюється на механічну роботу за допомогою обертання робочими газами ротора спеціальної формита 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 двигунамиоснащувалися танки "Т-80" і десантні кораблі "Зубр", але надалі вирішено було відмовитися від цього типу моторів. У зв'язку з цим, докладно зупинимося на тих, хто «завоював світове панування» поршневі двигуни внутрішнього згоряння.

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 двигунавнутрішнього 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 робітника циклу ДВЗподіляються 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 механізмгазорозподілу, в ході свого руху в певні моменти відкриваючи та закриваючи робочі отвори впуску та випуску в циліндрі. Найгірший, в порівнянні з чотиритактним двигуном, газообмін є головним недоліком двотактної системиДВЗ. У момент видалення вихлопних газів втрачається певний відсоток як робочої речовини, а й потужності.

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

Даних недоліків позбавлені чотиритактні ДВС, які, різних варіантах, 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 навколишнє середовище. 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 таким є акумуляторна батарея, а під час його роботи – генератор.
• Вмикач або замок запалювання. Це раніше механічне, а в Останніми рокамивсе частіше електричне контактний пристрійдля подачі напруги.
• 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 напругипо дротах, 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 двигунахминулого впускна система складається з повітроводу та повітряного фільтра. І все. В склад впускної системи сучасних автомобілів, трактори та інша техніка входять:

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

Паливна система, або система харчування ДВС, «Відповідає» за безперебійну подачу пальногодля утворення паливно-повітряної суміші В склад паливної системивходять:

• 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 двигунахцей пристрій «відповідає» за синхронну та ефективну роботуза освітою та подачею 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 ДВС -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 ДВСслужить для видаленнявідпрацьованих газіві зменшення шумностіроботи двигуна. У сучасній техніці вихлопна системаскладається 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 та недорогих мотоциклах досі застосовується повітряна системаохолодження двигуна - зустрічним потоком повітря, то для більш потужної технікиїї, зрозуміло, недостатньо. Тут працює рідинна системаохолодження, 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.

Перш ніж розглядати питання, як працює двигун автомобілянеобхідно хоча б у загальних рисахрозумітися на його пристрої. У будь-якому автомобілі встановлено двигун внутрішнього згоряння, робота якого заснована на перетворенні теплової енергії на механічну. Заглянемо глибше у цей механізм.

Як влаштований двигун автомобіля – вивчаємо схему пристрою

Класичний пристрій двигуна включає циліндр і картер, закритий в нижній частині піддоном. Усередині циліндра знаходиться з різними кільцями, що переміщається у певній послідовності. Він має форму склянки, у його верхній частині розташовується днище. Щоб остаточно зрозуміти, як влаштований двигун автомобіля, необхідно знати, що поршень за допомогою поршневого пальцяі шатуна зв'язується з колінчастим валом.

Для плавного та м'якого обертання використовуються корінні та шатунні вкладиші, що грають роль підшипників. До складу колінчастого валу входять щоки, а також корінні та шатунні шийки. Всі ці деталі, зібрані разом, називаються кривошипно-шатунним механізмом, який перетворює зворотно-поступальне переміщення поршня в кругове обертання.

Верхня частина циліндра закривається головкою, де розташовані впускний і випускний клапани. Вони відкриваються і закриваються відповідно до переміщення поршня і рухом колінчастого валу. Щоб точно уявити, як працює двигун автомобіля, відео в нашій бібліотеці слід вивчити також детально, як і статтю. А поки що ми спробуємо висловити його дію на словах.

Як працює двигун автомобіля – коротко про складні процеси

Отже, межа переміщення поршня має два крайніх становища– верхню та нижню мертві точки. У першому випадку поршень знаходиться на максимальному віддаленні від колінчастого валу, а другий варіант являє собою найменшу відстань між поршнем і колінчастим валом. Для того, щоб забезпечити проходження поршня через мертві точки без зупинок, використовується маховик, виготовлений у формі диска.

Важливим параметром у двигунів внутрішнього згоряння є ступінь стиснення, що безпосередньо впливає на його потужність та економічність.

Щоб правильно зрозуміти принцип роботи двигуна автомобіля, необхідно знати, що в його основі лежить використання роботи газів, розширених у процесі нагрівання, внаслідок чого і забезпечується переміщення поршня між верхньою та нижньою мертвими точками. При верхньому положенніпоршня відбувається згоряння палива, що надійшло в циліндр і змішаного з повітрям. В результаті температура газів та їх тиск значно зростає.

Гази роблять корисну роботузавдяки якій поршень переміщається вниз. Далі через кривошипно-шатунний механізм дія передається на трансмісію, а потім на автомобільні колеса. Відпрацьовані продукти видаляються з циліндра через систему вихлопу, але в їх місце надходить нова порція палива. Весь процес від подачі палива до виведення відпрацьованих газів називається робочим циклом двигуна.

Принцип роботи двигуна автомобіля – відмінності у моделях

Існує кілька основних видів двигунів внутрішнього згоряння. Найбільш простим є двигун з рядним розташуванням циліндрів. Розташовані в один ряд, вони становлять загалом певний робочий об'єм. Але поступово деякі виробники відійшли від такої технології виготовлення до компактнішого варіанту.

А ти і твій автомобіль готові до зими, що настала? Сучасні гаджети допоможуть з комфортом пережити зиму:

Штрафи за перетин стоп-лінії та перевищення швидкості більше не потурбують!