Двигатель внутреннего сгорания. Принцип работы

Придя в начале прошлого века на смену паровому двигателю, ДВС определил направление развития всего мирового автопрома. За свою более чем вековую историю он неоднократно менялся и совершенствовался,  при этом сохраняя изначальный принцип работы и оставаясь лучшим вариантом для создания транспортных средств. Чтобы разобраться, как работает мотор, необходимо изучить его конструкцию и самые распространенные виды.

Устройство мотора современного автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания отличает то, что топливная жидкость горит непосредственно внутри рабочей камеры, а не во внешних элементах. Кто не прогуливал школьные уроки физики понимает, что при этом процессе газы расширяются и образуется тепловая энергия, которая преобразуется в механическую работу – за счет этого системы могут работать.

Первые ДВС имели только один цилиндр. В процессе своеобразной эволюции сначала увеличился размер цилиндров, а потом – количество. Сейчас автомобили могут иметь до 12 цилиндров. По сути, ДВС – это сложный единый организм, который включает в себя следующие составляющие:

  • Кривошипно-шатунный механизм. Это главный механизм двигателя внутреннего сгорания, именно ему мы обязаны преобразованием энергии от горения топлива в механическую, рабочую.
  • Механизм регулировки фаз газораспределения. Принцип работы клапанов заключается в  своевременном впуске и выпуске топливной смеси и выхлопных газов, что как раз и контролируется данной системой. Она приводится в действие за счет распределительного вала (один или два на каждый ряд цилиндров), которому придает вращение цепь или ремень.
  • Система смазки. Чтобы уменьшить износ трущихся деталей, нужна система смазки. Она же, кстати, дает дополнительное охлаждение и частично удаляет продукты износа. Работает так: из масляного картера насос выкачивает нужное количество масла и подает его через масловоды и каналы в места, где есть трущиеся механизмы.
  • Система охлаждения. Ясно, что там, где происходит процесс сгорания топлива, температура очень высокая. Чтобы механизмы ДВС от перегрева не разрушались, нужно охлаждение с помощью воздуха или жидкости (в большинстве автомобилей используется последнее). Поддержание нужной температуры происходит за счет того, что термостат направляет жидкость либо в радиатор (который охлаждает ее), либо в обход, если температура приемлема.
  • Система подачи топлива. Она несколько отличается у дизельных и бензиновых автомобилей, хотя принцип общий: насос передает через фильтры топливо из бака в рампу, а дальше – в форсунки. Если мотор бензиновый, то горючая смесь идет во впускной коллектор двигателя, если дизель, то в цилиндр, где топливо смешивается с воздухом.
  • Выхлопная система. Отработанные газы должны покидать цилиндры, для этого и нужна специальная конструкция, которая сейчас еще и снабжается устройствами нейтрализации вредных выбросов.

Безусловно, мы максимально сократили описание, чтобы дать общее представление о конструкции двигателя. Ниже представлена схема ДВС автомобиля, которая поможет наглядно ознакомиться с расположением основных деталей.

Работа двигателя автомобиля: общие принципы

Здесь мы будем рассматривать работу двухтактного и четырехтактного двигателей. Сразу стоит обозначить, что после 2000 года двухтактные двигатели почти не выпускаются, поскольку обладают рядом недостатков и не вписываются в экологические нормы. Из современных марок работать с двухтактным двигателем пытались специалисты BMW, но получив космический расход топлива (а что вы хотите, если 20-30% просто уходят впустую), отказались от этой идеи.

Однако, исходя из того, что многие водители катаются именно на машинах старого образца, мы приводим принципы работы и тех и других систем.

Двухтактный двигатель

Весь рабочий цикл в таком двигателе происходит за один оборот коленчатого вала, то есть два такта. Этот процесс происходит следующим образом: двигатель запускается и сразу следом за этим, под действием коленчатого вала, поршень приходит в движение. Он опускается, а когда достигает самой нижней точки и начинает движение вверх, камеру сгорания цилиндра поступает топливно-воздушную смесь.

Пока поршень движется вверх, топливо сжимается, и когда он доходит до самой верхней точки, искра от свечи зажигания воспламеняет смесь. При горении пары расширяются, толкая поршень вниз, а одновременно с этим газы выходят из камеры сгорания – прошел один оборот коленчатого вала.

Уже из названия ясно, что двухтактный двигатель за определенный отрезок времени совершает в два раза меньше движений, чем четырехтактный, при этом двигатель сильнее греется. Поскольку здесь работает только поршень, а не клапаны, во время выброса отработанных газов уходит часть мощности, так что, несмотря на низкую изначальную стоимость, такой мотор «съедает» гораздо больше топлива. Сейчас двухтактные двигатели используются, в основном, в технике с малой мощностью.

Четырехтактный двигатель

Принципиальное отличие такого ДСВ от двухтактного двигателя заключается в том, что здесь все процессы происходят отдельно. Четырехтактный цикл происходит за два оборота коленчатого вала, то есть четыре хода поршня, во время которых идет впуск горючей смеси, сжатие, горение и выпуск отработавшего газа. Давайте рассмотрим все четыре такта.

  1. Впуск. Поршень идет от самой верхней точки к нижней (их называют «мертвыми точками»), тем временем впускной клапан подает топливно-воздушную смесь. Когда нужное количество горючего поступило, клапан закрывается, при этом давление в цилиндре составляет 0,07 до 0,095 Мпа, а температура держится на отметке от 80 до 120 градусов по Цельсию.
  2. Сжатие. Поршень идет вверх, при этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты, так что горючая смесь начинает сжиматься. Давление внутри цилиндра повышается до 1,2—1,7 Мпа, а температура доходит до 300-400 градусов.
  3. Расширение. Смесь воспламеняется, температура резко возрастает до 2500 градусов, а газ расширяется, выделяя огромное количество энергии, толкая поршень вниз. Давление составляет 4-6 Мпа.
  4. Пока поршень движется вниз, открывается выпускной клапан, а выхлопные газы выходят из цилиндра. Температура – 600-900 градусов, давление – 0,1-0,12 Мпа. Примечательно, что в таком типе двигателя впрыск новой порции смеси наступает только после полного удаления остатков газа и закрытия всех клапанов.

Наглядно с работой четырехтактного двигателя вы можете ознакомиться, посмотрев видео 

Сейчас можно с уверенностью сказать, что в ближайшие несколько десятилетий не будет изобретен более совершенный двигатель, чем ДВС. Однако, инженеры уже работают над его усовершенствованием, так что, возможно, автомобили станут более мощными, при этом потребляя меньшее количество топлива.

Оставить отзыв

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *