Как работает бензиновый двигатель внутреннего сгорания

Как устроен и работает четырех- и двухтактный ДВС

Двигатели

На чтение 9 мин Просмотров 3.3к. Опубликовано 12.07.2021 Обновлено 25.05.2022

В настоящее время ДВС — самый энергоэффективный вид моторов. Двигатель внутреннего сгорания назван так потому, что воспламенение топлива происходит внутри его рабочей камеры. Принцип работы ДВС основан на том, что энергия, которая выделяется в результате взрыва топливной смеси в цилиндрах, преобразуется в механическую работу, и через коленвал и маховик передается на привод автомобиля.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Что такое ДВС в машине разобраться несложно: базовый принцип работы установки проходят еще в школе на уроках физики.

Общая черта всех ДВС — воспламенение топливной смеси внутри камеры сгорания, за счет которого получается импульс для дальнейшего движения и передачи энергии на вращательное движение коленчатого вала, а от него на колеса машины. В зависимости от конструкции силового агрегата, и вида используемого топлива, все моторы можно разделить на:

• поршневые;
• роторно-поршневые;
• газотурбинные.

Из чего состоит двигатель:

1. Блок цилиндров.

1. Головка блока цилиндров.

1. Кривошипно-шатунный механизм, который передает импульс.

1. Газораспределительный узел, отвечающий за подачу горючего и вывод отработанных газов.

В настоящее время в автомобилестроении используются поршневые системы: они надежны, имеют высокий КПД, а их производство и обслуживание обходится дешевле.

Поршневые моторы

Многие автолюбители на вопрос, что такое ДВС в автомобиле, опишут именно поршневые установки, которые являются самой распространенной группой силовых агрегатов. В этих системах движение поршня, который находится внутри цилиндра, передает энергию на коленвал и маховик через кривошипно-шатунный механизм.

Чаще всего используется четное количество камер сгорания, позволяющее уравновесить работу мотора. Но можно встретить модели и с одним или тремя цилиндрами.

По расположению цилиндров все поршневые моторы делятся на:

• Рядные — все цилиндры расположены на одном коленвале и выстроены в ряд параллельно друг другу.
• V-образные — также размешены на одном коленчатом вале, но расположены под углом (обычно от 45 до 90 о ).
• VR-образные — аналогичны предыдущему типу, но имеют меньший угол развала (10–20 о ).
• Оппозитные — два ряда цилиндров находятся на одном коленвале под углом 180 о друг к другу.
• W-образные — на коленчатом вале расположены 3 или 4 ряда цилиндров.
• Встречные — каждый цилиндр имеет два поршня, которые движутся во встречном направлении.
• U-образные — два коленвала с параллельными рядами цилиндров объединены в один блок.
• Радиальные — цилиндро-поршневая группа установлена звездообразно вокруг коленвала.

Основная область применения ДВС с радиальной конструкцией — авиация.

Роторно-поршневые системы

Роторно-поршневые силовые агрегаты основаны на аналогичном принципе, но имеют овальную камеру сгорания. Внутри нее вращается трехгранный ротор, который выполняет функции как поршня, так и ГРМ. В настоящее время такие системы практически не используются в автомобилестроении по причине более сложного производства и обслуживания.

Роторно-поршневой мотор также называется двигателем Ванкеля.

Газотурбинные ДВС

Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания превращают импульс от детонации топлива в полезную работу за счет вращения рабочими газами ротора специальной формы клиновидными лопатками, двигающего вал турбины.

Виды топлива

Агрегаты внутреннего сгорания могут использовать разные типы горючего:

• Моторы, работающие на бензине, совершают работу за счет воспламенения воздушной смеси от электрического разряда свечи зажигания.
• Дизельные двигатели отличаются тем, что не имеют системы зажигания. Дизельное топливо под давлением передается через форсунки непосредственно в движок и воспламеняется за счет того, что внутри рабочей камеры уже находится кислород, нагретый до температуры большей, чем требуется для воспламенения горючего.
• Газовые установки экономичнее за счет более дешевого топлива, но требуют качественной системы охлаждения и особого масла из-за сильного нагрева.
• Гибридные — сочетание дизельного и электрического движков.
• Водородные системы применяются редко — до недавнего времени не существовало способа создать безопасную силовую установку. Первой машиной с водородным двигателем нового поколения стала Toyota Mirai.

Чаще всего используются бензиновые и дизельные моторы. Первые способны развивать большую мощность и скорость, а вторые экономичнее, имеют более плавный ход и надежную конструкцию.

Благодаря отсутствию электросистемы зажигания, дизельные авто менее уязвимы к попаданию жидкости, поэтому их часто ставят на внедорожники и военный транспорт.

Как работает ДВС

Общий принцип работы двигателя внутреннего сгорания несложен: за счет поджога и воспламенения топливной смеси система приходит в движение и передает импульс на привод. Установки делятся на:

• Двухтактные (полный цикл — два движения поршня) — их чаще всего используют на небольшой и маломощной технике: скутерах, мопедах, моторных лодках, бензоинструментах.
• Четырехтактные (соответственно, четыре движения на цикл) применяются в автомобилестроении.

Двухтактный двигатель

Конструкция двигателя, который проходит полный цикл за одно движения поршня, проще: процессы очистки и наполнения цилиндров происходят за два такта, а сама установка не оснащена отдельным масляным контуром.

Схема работы двигателя, работающего на два такта:

1. Поршень поднимается от нижней мертвой точки, по ходу движения закрывая в первую очередь продувочное отверстие, а после этого — выпускное. Затем под поршнем создается разряжение и сквозь впускное окно заходит топливо.
2. Когда деталь располагается в верхней мертвой точке, сжатая смесь воспламеняется от разряда свечи, поршень взрывом отбрасывается вниз, по пути открывая продувочное и выпускное отверстие. Далее по инерции он идет наверх и цикл возобновляется.

Четырехтактная установка

Как работает двигатель внутреннего сгорания, делающий полный цикл за четыре хода поршня:

1. Поршень идет вниз, синхронно с ним открывается впускной клапан и в камеру внутреннего сгорания втягивается топливная смесь.
2. Достигнув нижней мертвой точки, поршень по инерции поднимается, и топливо, которое находится внутри цилиндра сжимается. Впускной и выпускной клапан в этот момент закрыты.
3. Горючее воспламеняется (температура может достигать 2000 о С, и даже больше) и поршень опускается под воздействием взрывной волны (клапана также остаются закрытыми).
4. Открывается выпускное отверстие и поршень, поднимаясь, выталкивает выхлопные газы, после чего цикл начинается снова.

Третий такт называют рабочим, потому что только в нем поршень производит кинетическую энергию (остальные три такта он движется по инерции).

Вспомогательные системы

В устройство двигателя автомобиля входят дополнительные контуры, которые отвечают за подачу топлива, смазку и охлаждение агрегата, а также избавление от отработанных газов. От правильного функционирования этих узлов во многом зависит время работы мотора, поэтому разберем их подробнее.

Газораспределение

Газораспределительный механизм контролирует движение впускных и выпускных клапанов, узел состоит из:

• распредвала;
• самих клапанов;
• привода клапанов;
• привода ГРМ.

Зажигание

Зажигание необходимо только бензиновым силовым агрегатам — поскольку горючее внутри цилиндров в этих установках не может воспламеняться самостоятельно, требуется искра.

Схема работы и строение системы зажигания ДВС:

• От аккумулятора (а когда мотор работает– от генератора) напряжение подается на катушку зажигания.
• Накопитель энергии (катушка) преобразует ее в ток, достаточный, для появления разряда.
• Трамблер распределяет ток по бронепроводам к каждому цилиндру. (В новых машинах это происходит под контролем электронного блока управления).

Топливоподача

Хотя принцип воспламенения смеси на бензиновых и дизельных движках различен, остальная схема топливного контура у них одинакова:

1. Из бензобака горючее насосом подается в топливопровод.
2. Далее через различные фильтры топливо поступает в узел смешения — карбюратор или инжектор, где обогащается воздухом.
3. Состав поступает на свечи или форсунки, и оттуда уже идет в камеру цилиндра (на бензиновых ДВС топливо сначала подается во впускной коллектор).

В бензиновых моторах с инжекторными системами подача топлива происходит через форсунку, которая распыляет его в выпускной патрубок, где горючее смешивается с кислородом.

На дизельных автомобилях горючее и кислород подаются отдельно. Топливо под высоким давлением выпрыскивается из форсунок, а воздух заходит через газораспределительный механизм.

Инжекторные бензиновые моторы с непосредственным впрыском функционируют аналогично дизелю.

Смазка

Система смазки позволяет уменьшать силу трения, защищать металл от разрушения, отводить лишнее тепло, и убирать продукты горения. Узел состоит из:

• маслопровода;
• фильтра;
• радиатора, охлаждающего масло;
• поддона картера;
• масляного насоса, подающего смазку из поддона снова в оборот.

Охлаждение

Элементы силового агрегата нагреваются до экстремально высоких температур, поэтому их необходимо охлаждать, чтобы предупредить разрушение или деформацию деталей. На относительно простых устройствах (мотороллерах или мопедах) температура движка понижается за счет встречного потока воздуха, но для мощных автомобильных моторов этого недостаточно. В них устроен отдельный контур, по которому идет охлаждающая жидкость:

• Радиатор состоит из множества трубочек, проходя по которым, жидкость охлаждается за счет теплоотдачи.
• Вентилятор гонит поток воздуха на радиатор, усиливая теплообмен.
• Водяной насос обеспечивает циркуляцию и постоянное поступление охлажденной жидкости к наиболее горячим местам.
• Термостат отвечает за переключение потока между внешним и внутренним кругом.

Сначала жидкость движется по внутреннему контуру. Термостат срабатывает, когда она нагреется до заданного порога (обычно это около 90 о ), после чего переключает поток на внешний круг (через радиатор).

Выпускная система

Выхлопная система позволяет выводить отработанные газы, которые выпустил мотор автомобиля из своих цилиндров, в окружающую среду. Общее устройство выпускного контура машин с ДВС:

1. Выпускной коллектор принимает отходы от каждого цилиндра, гасит их первичные колебания и направляет в приемную трубу (так называемые «штаны»).
2. Далее поток поступает в каталитический нейтрализатор, в котором происходит очищение газов.
3. Из катализатора выхлоп переходит в резонатор, где снижается скорость потока, и разделяются газы.
4. Предпоследняя ступень выпускной системы — глушитель, внутри которого расположены перегородки, меняющие направление выхлопа, за счет чего снижается скорость и шумность выброса.
5. Из глушителя отработка поступает в выхлопную трубу, а оттуда — в атмосферу.

5 фактов о ДВС, которые будут интересны всем водителям

Двигатель внутреннего сгорания заставляет груду железа и пластика перемещаться в пространстве. Но как и за счёт чего ДВС это делает?

Фото: Shutterstock

Двигатель внутреннего сгорания, или сокращённо ДВС, — это «сердце» большинства современных автомобилей. И не только машин, но также мотоциклов, кораблей, тепловозов, самолётов и даже масштабных моделей транспортных средств.

• Что такое ДВС
• Как создавался ДВС
• Устройство ДВС
• Виды
• 5 интересных фактов

Что такое ДВС

ДВС — это пока основной вид двигателей транспортных средств, тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу. Сжигая горючее во внутренних камерах, двигатель внутреннего сгорания освобождает энергию, а затем преобразует её во вращательное движение. Оно, в свою очередь, раскручивает колёса или лопасти.

Двигатели внутреннего сгорания принято делить на несколько основных типов:

• Поршневой двигатель внутреннего сгорания;
• Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания:
• Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания.

Основным типом ДВС является классический поршневой двигатель, поэтому преимущественно речь дальше пойдёт о нём.

Как создавался ДВС

Двигатель внутреннего сгорания стар как мир. История создания этой машины тесно связана с паровыми двигателями, то есть двигателями внешнего сгорания.

Паровые двигатели, применяемые в XVIII веке, были громоздкими и слабыми, с чрезвычайно низким коэффициентом полезного действия. Тепло от сгорания топлива в них использовалось для нагрева жидкости, а та в свою очередь, превращалась в пар и совершала работу. Звучит красиво, а что на деле? По факту практический КПД, то есть эффективность преобразования энергии, обычно составлял от 1 до 8%. Уже тогда было ясно — систему нужно улучшать. Зачем сжигать горючее вне мотора, не лучше ли делать это прямо в нём?

Попытки создания ДВС начались намного раньше, чем вы можете себе представить, — ещё в XVII веке. В 1678 году голландский математик Христиан Гюйгенс создал примитивный ДВС, работающий… на порохе. Идея получила развитие: экспериментаторы в различных странах шли по схожему пути, но далеко не все из них попали в историю.

Доподлинно известно, что в 1794 году Робертом Стритом был запатентован двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе. Построен первый рабочий прототип. В 1807 году француз Нисефор Ньепс разработал твердотельный ДВС, работающий на порошке пиреолофора. С прототипом лично ознакомился Наполеон Бонапарт. В том же году Франсуа Исаак де Риваз создал поршневой ДВС, работающий на газообразном водороде — этот мотор получил поршневую группу и искровое зажигание.

Первый автомобильный ДВС в привычном понимании был создан в 1885 году Карлом Бенцем — мотор использовался на автомобиле Benz Patent-Motorwagen.

Многие изобретатели приложили руку к сознанию двигателя внутреннего сгорания, но первым коммерчески успешным проектом стало детище французского изобретателя из Бельгии Жана Этьена Ленуара. К 1864 году он продал свыше 1 400 своих двигателей и неплохо на этом нажился.

Первый автомобильный ДВС в привычном понимании был создан в 1885 году Карлом Бенцем — мотор использовался на автомобиле Benz Patent-Motorwagen.

Устройство поршневого ДВС

Традиционный поршневой двигатель внутреннего сгорания — чрезвычайно сложная система. Однако основных деталей у классического ДВС не так уж и много. Без этих элементов работа двигателя внутреннего сгорания невозможна:

• блока цилиндров — механической основы мотора;
• головки блока цилиндров;
• поршней;
• шатунов;
• коленчатого вала;
• распределительного вала с кулачками;
• впускных и выпускных клапанов;
• свечей зажигания*.

* — на самом деле деталей значительно больше, но рассказать о каждой из них в рамках короткой статьи не представляется возможным.

Принципы работы ДВС

Все классические ДВС работают по схожему принципу. В процессе их работы энергия вспышки топлива, то есть тепловая энергия, преобразуется в энергию механическую. Обычно это происходит следующим образом:

1. Когда поршень в цилиндре движется вниз, открывается впускной клапан. В цилиндр поступает топливовоздушная смесь.
2. Поршень поднимается, а выпускной клапан закрывается. Поршень сжимает топливовоздушную смесь и доходит до верхней мёртвой точки.
3. На свече зажигания возникает искра, топливовоздушная смесь мгновенно сгорает, выделяя большой объём газов. Под их действием поршень устремляется вниз.
4. Открывается выпускной клапан и выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Четырехтактный двигатель

В четырёхтактном моторе происходит четыре непрерывных последовательных стадии:

1. Впуск (наполнение цилиндра смесью).
2. Сжатие.
3. Рабочий ход или сгорание.
4. Выпуск отработавших газов.

Двухтактный двигатель

Но бывают и иные моторы — двухтактные. Они работают немного по-другому и применяются, как правило, на мототехнике и бензиновых инструментах вроде бензопил. Что происходит в них?

1. Когда поршень движется снизу-вверх, в камеру сгорания поступает топливо. Сжатая поршнем топливовоздушная смесь поджигается искрой.
2. Смесь загорается и поршень устремляется вниз. Открывается доступ к выпускному коллектору и из цилиндра выходят продукты сгорания.

Разница в том, что тактов всего два: на первом одновременно происходит впуск и сжатие, а на втором — опускание поршня и выпуск продуктов сгорания из коллектора.

Какие ещё бывают ДВС

Помимо поршневых двигателей внутреннего сгорания создано немало иных разновидностей ДВС — роторные, газотурбинные, реактивные, турбореактивные и бесчисленное множество их модификаций. Чем они отличаются?

• Газотурбинные ДВС

Если в традиционных поршневых ДВС работа расширения газообразных продуктов сгорания преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, то в газотурбинных работа расширения продуктов сгорания воспринимается рабочими лопатками ротора, а в реактивных используется реактивное давление, возникающее при истечении продуктов сгорания из сопла. Все эти типы ДВС объединяет одно — во время работы они внутри себя сжигают топливо.

Крайне необычные моторы, которые можно встретить даже на серийных машинах. Первый роторно-поршневой мотор был создан немецким инженером Феликсом Ванкелем в 1957 году. Этот ДВС внешне совершенно не похож ни на один традиционный поршневой мотор.

Двигатель Ванкеля состоит из корпуса, камеры сгорания, впускного и выпускного окон, неподвижной шестерни, зубчатого колеса, ротора, вала и свечи зажигания. Ротор на эксцентриковом валу приводится в действие силой давления газов в результате сгорания топливовоздушной смеси. Он вращается относительно статора посредством шестерён. Когда ротор совершает эксцентричные круговые движения, его грани соприкасаются с внутренней поверхностью камеры сгорания. Таким образом создаются три изолированные камеры, в которых попеременно сжигается топливо. Вращающийся ротор передаёт крутящий момент на трансмиссию.

Человечество создало немало невероятных и по-настоящему уникальных моторов. Вот 10 самых совершенных из них:

5 интересных фактов о ДВС

ДВС может работать на альтернативном топливе

Современные ДВС принято делить на два основных типа по применяемому топливу — бензиновые и дизельные. Однако сама история создания двигателей внутреннего сгорания позволяет понять: сжигать в таких моторах можно многие виды горючего — от различных газов до всевозможных растворителей и спиртов. Главное — испарить их и подмешать воздух в нужных пропорциях.

Наиболее распространённые альтернативы бензину и дизелю — пропан-бутан и метан, но можно использовать даже «гремучую смесь» — водород с кислородом. И это далеко не всё: почти любая современная машина с ДВС способна ездить на смеси бензина с этанолом или на чистом этаноле, то есть спирте, получаемом экологически чистым путём. Поедет бензиновый автомобиль и на различных растворителях. К примеру, запустить ДВС можно на обычном сольвенте из хозяйственного магазина — с помощью этой жидкости обычно осуществляют чистку топливной системы.

ДВС выживет в космосе и под водой (если очень постараться)

Двигатель внутреннего сгорания можно заставить работать даже в космосе. Всё, что для этого требуется, — обеспечить подачу кислорода для создания топливовоздушной смеси. При соблюдении этого нехитрого условия ДВС может запуститься и работать даже под водой. Для него нет ничего невозможного.

ДВС действительно плох

Несмотря на всю свою технологичность и сложность, по уровню КПД бензиновый ДВС недалеко ушёл от парового мотора. Эффективность этих агрегатов оставляет желать лучшего. Коэффициент полезного действия в среднем варьируется в диапазоне от 20 до 25%.

Иными словами, при сжигании условных 10 литров бензина лишь около трёх литров выполняют полезное действие. Всё остальное горючее тратится на тепловые и механические потери. С этой точки зрения дизельные движки намного круче: их КПД достигает 40%. Но и их век уже прошёл.

Отказ от ДВС неизбежен

Одну из причин грядущего отказа от двигателей внутреннего сгорания мы уже раскрыли — это низкий КПД. Но есть и ещё один немаловажный момент — влияние на экологию. Поскольку почти все ДВС работают на невозобновляемых ресурсах (бензине, дизеле, нефтяном газе), отказ от них жизненно необходим.

По данным специалистов, мировой запас нефти составляет 1,726 трлн баррелей, которых хватит при нынешнем уровне потребления немногим более чем на 50 лет. Из нефти делают не только топливо. Она — основа синтетических каучуков, пластиков, еды, тканей, шампуней и даже аспирина. Всего того, без чего жизнь человека уже практически невозможна.

Мировые автопроизводители уже объявили о скором отказе от ДВС. К 2035 году во всех экономически развитых странах продажа новых машин с моторами на углеводородах будет законодательно запрещена. (Фото: Shutterstock)

Несмотря на многоступенчатую очистку продуктов сгорания, ДВС выбрасывают в атмосферу колоссальные объёмы вредных веществ. В процессе работы двигатели внутреннего сгорания выделяют углеводородные соединения, монооксид углерода (угарный газ), оксид азота и диоксид азота, диоксид серы, а также копоть. Ежегодно ДВС выбрасывают в окружающую среду около 60 млн тонн оксидов серы и примерно 200 млн тонн сажи. Количество выброшенных в атмосферу окисей азота, соединений свинца, углеводородов исчисляется миллионами тонн. Это убивает Землю.

ДВС будет актуален на протяжении десятилетий

Мировые автопроизводители уже объявили о скором отказе от ДВС. В частности, сделали это Mercedes-Benz и Audi. К 2035 году во всех экономически развитых странах продажа новых машин с моторами на углеводородах будет законодательно запрещена. А через 23 года по Европе нельзя будет ездить на обычной машине с нормальным двигателем внутреннего сгорания.

В ряде государств, к примеру, в соседней Норвегии, отказ случится даже раньше — население этой страны ещё несколько лет назад сделало выбор в пользу электрокаров. В 2025 году в силу должны вступить новые европейские экологические стандарты Евро-7, которые фактически похоронят ДВС.

Уже прошёл в Европе и век дизелей — в 2021 году на рынке ЕС они уступили по продажам моделям на электрической тяге. Но это совсем не значит, что ДВС в обозримом будущем исчезнут. В развивающихся странах отказ от ДВС пока в принципе невозможен. Моторы на углеводородах будут использоваться там на протяжении как минимум нескольких десятилетий. В том числе в портативных генераторах, всевозможных инструментах и на транспортных средствах. Продолжат повсеместно использовать ДВС на воздушных судах и кораблях, по крайней мере в составе гибридных силовых установок.

• Как промыть систему охлаждения и ничего не сломать
• Тормозной суппорт: как устроен и чем важен
• Система ABS: что это такое и как работает?

Как устроен и работает четырех- и двухтактный ДВС

Двигатели

На чтение 9 мин Просмотров 3.3к. Опубликовано 12.07.2021 Обновлено 25.05.2022

В настоящее время ДВС — самый энергоэффективный вид моторов. Двигатель внутреннего сгорания назван так потому, что воспламенение топлива происходит внутри его рабочей камеры. Принцип работы ДВС основан на том, что энергия, которая выделяется в результате взрыва топливной смеси в цилиндрах, преобразуется в механическую работу, и через коленвал и маховик передается на привод автомобиля.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Что такое ДВС в машине разобраться несложно: базовый принцип работы установки проходят еще в школе на уроках физики.

Общая черта всех ДВС — воспламенение топливной смеси внутри камеры сгорания, за счет которого получается импульс для дальнейшего движения и передачи энергии на вращательное движение коленчатого вала, а от него на колеса машины. В зависимости от конструкции силового агрегата, и вида используемого топлива, все моторы можно разделить на:

• поршневые;
• роторно-поршневые;
• газотурбинные.

Из чего состоит двигатель:

1. Блок цилиндров.

1. Головка блока цилиндров.

1. Кривошипно-шатунный механизм, который передает импульс.

1. Газораспределительный узел, отвечающий за подачу горючего и вывод отработанных газов.

В настоящее время в автомобилестроении используются поршневые системы: они надежны, имеют высокий КПД, а их производство и обслуживание обходится дешевле.

Поршневые моторы

Многие автолюбители на вопрос, что такое ДВС в автомобиле, опишут именно поршневые установки, которые являются самой распространенной группой силовых агрегатов. В этих системах движение поршня, который находится внутри цилиндра, передает энергию на коленвал и маховик через кривошипно-шатунный механизм.

Чаще всего используется четное количество камер сгорания, позволяющее уравновесить работу мотора. Но можно встретить модели и с одним или тремя цилиндрами.

По расположению цилиндров все поршневые моторы делятся на:

• Рядные — все цилиндры расположены на одном коленвале и выстроены в ряд параллельно друг другу.
• V-образные — также размешены на одном коленчатом вале, но расположены под углом (обычно от 45 до 90 о ).
• VR-образные — аналогичны предыдущему типу, но имеют меньший угол развала (10–20 о ).
• Оппозитные — два ряда цилиндров находятся на одном коленвале под углом 180 о друг к другу.
• W-образные — на коленчатом вале расположены 3 или 4 ряда цилиндров.
• Встречные — каждый цилиндр имеет два поршня, которые движутся во встречном направлении.
• U-образные — два коленвала с параллельными рядами цилиндров объединены в один блок.
• Радиальные — цилиндро-поршневая группа установлена звездообразно вокруг коленвала.

Основная область применения ДВС с радиальной конструкцией — авиация.

Роторно-поршневые системы

Роторно-поршневые силовые агрегаты основаны на аналогичном принципе, но имеют овальную камеру сгорания. Внутри нее вращается трехгранный ротор, который выполняет функции как поршня, так и ГРМ. В настоящее время такие системы практически не используются в автомобилестроении по причине более сложного производства и обслуживания.

Роторно-поршневой мотор также называется двигателем Ванкеля.

Газотурбинные ДВС

Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания превращают импульс от детонации топлива в полезную работу за счет вращения рабочими газами ротора специальной формы клиновидными лопатками, двигающего вал турбины.

Виды топлива

Агрегаты внутреннего сгорания могут использовать разные типы горючего:

• Моторы, работающие на бензине, совершают работу за счет воспламенения воздушной смеси от электрического разряда свечи зажигания.
• Дизельные двигатели отличаются тем, что не имеют системы зажигания. Дизельное топливо под давлением передается через форсунки непосредственно в движок и воспламеняется за счет того, что внутри рабочей камеры уже находится кислород, нагретый до температуры большей, чем требуется для воспламенения горючего.
• Газовые установки экономичнее за счет более дешевого топлива, но требуют качественной системы охлаждения и особого масла из-за сильного нагрева.
• Гибридные — сочетание дизельного и электрического движков.
• Водородные системы применяются редко — до недавнего времени не существовало способа создать безопасную силовую установку. Первой машиной с водородным двигателем нового поколения стала Toyota Mirai.

Чаще всего используются бензиновые и дизельные моторы. Первые способны развивать большую мощность и скорость, а вторые экономичнее, имеют более плавный ход и надежную конструкцию.

Благодаря отсутствию электросистемы зажигания, дизельные авто менее уязвимы к попаданию жидкости, поэтому их часто ставят на внедорожники и военный транспорт.

Как работает ДВС

Общий принцип работы двигателя внутреннего сгорания несложен: за счет поджога и воспламенения топливной смеси система приходит в движение и передает импульс на привод. Установки делятся на:

• Двухтактные (полный цикл — два движения поршня) — их чаще всего используют на небольшой и маломощной технике: скутерах, мопедах, моторных лодках, бензоинструментах.
• Четырехтактные (соответственно, четыре движения на цикл) применяются в автомобилестроении.

Двухтактный двигатель

Конструкция двигателя, который проходит полный цикл за одно движения поршня, проще: процессы очистки и наполнения цилиндров происходят за два такта, а сама установка не оснащена отдельным масляным контуром.

Схема работы двигателя, работающего на два такта:

1. Поршень поднимается от нижней мертвой точки, по ходу движения закрывая в первую очередь продувочное отверстие, а после этого — выпускное. Затем под поршнем создается разряжение и сквозь впускное окно заходит топливо.
2. Когда деталь располагается в верхней мертвой точке, сжатая смесь воспламеняется от разряда свечи, поршень взрывом отбрасывается вниз, по пути открывая продувочное и выпускное отверстие. Далее по инерции он идет наверх и цикл возобновляется.

Четырехтактная установка

Как работает двигатель внутреннего сгорания, делающий полный цикл за четыре хода поршня:

1. Поршень идет вниз, синхронно с ним открывается впускной клапан и в камеру внутреннего сгорания втягивается топливная смесь.
2. Достигнув нижней мертвой точки, поршень по инерции поднимается, и топливо, которое находится внутри цилиндра сжимается. Впускной и выпускной клапан в этот момент закрыты.
3. Горючее воспламеняется (температура может достигать 2000 о С, и даже больше) и поршень опускается под воздействием взрывной волны (клапана также остаются закрытыми).
4. Открывается выпускное отверстие и поршень, поднимаясь, выталкивает выхлопные газы, после чего цикл начинается снова.

Третий такт называют рабочим, потому что только в нем поршень производит кинетическую энергию (остальные три такта он движется по инерции).

Вспомогательные системы

В устройство двигателя автомобиля входят дополнительные контуры, которые отвечают за подачу топлива, смазку и охлаждение агрегата, а также избавление от отработанных газов. От правильного функционирования этих узлов во многом зависит время работы мотора, поэтому разберем их подробнее.

Газораспределение

Газораспределительный механизм контролирует движение впускных и выпускных клапанов, узел состоит из:

• распредвала;
• самих клапанов;
• привода клапанов;
• привода ГРМ.

Зажигание

Зажигание необходимо только бензиновым силовым агрегатам — поскольку горючее внутри цилиндров в этих установках не может воспламеняться самостоятельно, требуется искра.

Схема работы и строение системы зажигания ДВС:

• От аккумулятора (а когда мотор работает– от генератора) напряжение подается на катушку зажигания.
• Накопитель энергии (катушка) преобразует ее в ток, достаточный, для появления разряда.
• Трамблер распределяет ток по бронепроводам к каждому цилиндру. (В новых машинах это происходит под контролем электронного блока управления).

Топливоподача

Хотя принцип воспламенения смеси на бензиновых и дизельных движках различен, остальная схема топливного контура у них одинакова:

1. Из бензобака горючее насосом подается в топливопровод.
2. Далее через различные фильтры топливо поступает в узел смешения — карбюратор или инжектор, где обогащается воздухом.
3. Состав поступает на свечи или форсунки, и оттуда уже идет в камеру цилиндра (на бензиновых ДВС топливо сначала подается во впускной коллектор).

В бензиновых моторах с инжекторными системами подача топлива происходит через форсунку, которая распыляет его в выпускной патрубок, где горючее смешивается с кислородом.

На дизельных автомобилях горючее и кислород подаются отдельно. Топливо под высоким давлением выпрыскивается из форсунок, а воздух заходит через газораспределительный механизм.

Инжекторные бензиновые моторы с непосредственным впрыском функционируют аналогично дизелю.

Смазка

Система смазки позволяет уменьшать силу трения, защищать металл от разрушения, отводить лишнее тепло, и убирать продукты горения. Узел состоит из:

• маслопровода;
• фильтра;
• радиатора, охлаждающего масло;
• поддона картера;
• масляного насоса, подающего смазку из поддона снова в оборот.

Охлаждение

Элементы силового агрегата нагреваются до экстремально высоких температур, поэтому их необходимо охлаждать, чтобы предупредить разрушение или деформацию деталей. На относительно простых устройствах (мотороллерах или мопедах) температура движка понижается за счет встречного потока воздуха, но для мощных автомобильных моторов этого недостаточно. В них устроен отдельный контур, по которому идет охлаждающая жидкость:

• Радиатор состоит из множества трубочек, проходя по которым, жидкость охлаждается за счет теплоотдачи.
• Вентилятор гонит поток воздуха на радиатор, усиливая теплообмен.
• Водяной насос обеспечивает циркуляцию и постоянное поступление охлажденной жидкости к наиболее горячим местам.
• Термостат отвечает за переключение потока между внешним и внутренним кругом.

Сначала жидкость движется по внутреннему контуру. Термостат срабатывает, когда она нагреется до заданного порога (обычно это около 90 о ), после чего переключает поток на внешний круг (через радиатор).

Выпускная система

Выхлопная система позволяет выводить отработанные газы, которые выпустил мотор автомобиля из своих цилиндров, в окружающую среду. Общее устройство выпускного контура машин с ДВС:

1. Выпускной коллектор принимает отходы от каждого цилиндра, гасит их первичные колебания и направляет в приемную трубу (так называемые «штаны»).
2. Далее поток поступает в каталитический нейтрализатор, в котором происходит очищение газов.
3. Из катализатора выхлоп переходит в резонатор, где снижается скорость потока, и разделяются газы.
4. Предпоследняя ступень выпускной системы — глушитель, внутри которого расположены перегородки, меняющие направление выхлопа, за счет чего снижается скорость и шумность выброса.
5. Из глушителя отработка поступает в выхлопную трубу, а оттуда — в атмосферу.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) на сегодняшний день является самым популярным двигателем в мире. ДВС заставляют двигаться самолеты, морские и речные суда, тепловозы, сельскохозяйственную технику и, конечно, автомобили. Огромное значение ДВС имеют в военной технике. Рассмотрим как работает двигатель внутреннего сгорания.

Основные принципы действия ДВС

Ключевым элементом ДВС является один или несколько металлических цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива.

Внутри цилиндра расположен поршень, диаметр которого чуть меньше диаметра цилиндра, что позволяет ему свободно перемещаться.

Поршень представляет собой полый металлический цилиндр, опоясанный пружинящими кольцами, вложенными в канавки на поршне (поршневые) кольца. Назначение поршневых колец — не пропускать газы, образующиеся при сгорании топлива, в промежутки между поршнем и стенками цилиндра. К поршню прикреплен металлический стержень (“палец”), который соединяет поршень с шатуном. Шатун служит для передачи вертикального усилия от поршня к коленчатому валу. В верхней части цилиндра имеются два канала, закрытые клапанами. Через один канал — впускной подается горючая смесь (топливо с воздухом), а через другой — выпускной — выбрасываются продукты сгорания.

В верхней части цилиндра размещена свеча зажигания. С помощью этой детали производится поджиг горючей смеси от искры, возникающей между близко расположенными электродами свечи.

Первый поршневой двигатель в 1807 г. изобрел швейцарец Франсуа Исаак де Риваз.

Для чего нужен карбюратор

Карбюратор необходим для получения горючей смеси. Рассмотрим принцип действия этого устройства.

Если в цилиндре открыт только впускной клапан и поршень движется к коленчатому валу, то сквозь отверстие в разряженное пространство атмосферное давление резко подает воздух. Поток воздуха с большой скоростью проходит мимо инжектора (карбюраторной трубки) и засасывает бензин. Таким образом получается горючая смесь (бензиновые пары и воздух). Искра от свечи поджигает смесь, получается микровзрыв, в результате которого раскаленные продукты сгорания (газы) расширяясь давят на поршень, и этим создается полезная работа. Внутренняя энергия газовой смеси преобразуется в механическую энергию поршня. Поршень через шатун передает усилие на коленчатый вал, который создает вращательный момент, передавая его на колеса (или на винт, пропеллер и т.д.).

Четырехтактный ДВС

Одноцилиндровые двигатели ставятся главным образом на мотоциклах. На автомобилях тракторах и т.п. ставятся 4, 6, 8 и более цилиндров.

Рабочий цикл цилиндра состоит из четырех тактов: всасывания смеси, сжатия, сгорания и выхлопа. Получается, что только один такт является полезным (рабочим). Поэтому был разработан двигатель, состоящий из четырех цилиндров, которые работают поочередно и, таким образом, при каждом такте по крайней мере один из цилиндров работает: вращает коленчатый вал.

Какие есть типы ДВС

Кроме бензиновых двигателей внутреннего сгорания, есть и другие, которые не так популярны, но тоже имеют свои преимущества:

• Дизельные двигатели работают при степенях сжатия горючей смеси в 3-4 раза больших, чем бензиновые. Это позволило повысить к.п.д. двигателя и дало возможность отказаться от системы зажигания. Смесь самовоспламенятся при высоком давлении, когда воздух от сжатия разогревается до 500-600С 0 . Кроме этого, такие двигатели работают на дешевых сортах топлива, которое так и называют “дизтопливо”.
• Газовые двигатели работают от смеси сжиженных природных газов, хранящихся в баллонах под давлением насыщенных паров.

Необходимо понимать, что для обеспечения постоянной работы ДВС в автомобиле должны работать также система охлаждения двигателя, система подачи топлива и воздуха, система запуска и система выхлопа. На современных автомобилях большое значение приобретает компьютерный блок, держащий под контролем параметры всех систем.

Что мы узнали?

Мы познакомились с принципом работы двигателя внутреннего сгорания. Топливная смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, воспламеняясь в цилиндре двигателя, оказывает давление на поршень, который приводит во вращательное движение коленчатый вал двигателя. Внутренняя энергия горючей смеси преобразуется в механическую.