Як же влаштований двс. Що таке ДВЗ і як працює двигун внутрішнього згоряння? З яких частин складається двигун автомобіля

Проте світильний газ годився як для освітлення.

Честь створення комерційно успішного двигуна внутрішнього згорянняналежить 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 більш повного розширення продуктів згоряння ККД цього двигуна був значно вищим, ніж ККД двигуна Ленуара і досягав 15%, тобто перевершував ККД найкращих парових машинтого часу. Крім того, двигуни Отто були майже вп'ятеро економічнішими за двигуни Ленуара, вони відразу стали користуватися великим попитом. 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 і 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 руху поршня 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 зі змінним ступенем стиснення (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 ланкадвотактний цикл. З одного боку, неможливо забезпечити повний поділ свіжого заряду та вихлопних газівТому неминучі або втрати свіжої суміші, що буквально вилітає в вихлопну трубу(якщо двигун внутрішнього згоряння - дизель, йдеться про втрату повітря), з іншого боку, робочий хід триває не половину обороту, а менше, що саме собою знижує ККД. У той же час тривалість надзвичайно важливого процесу газообміну, що в чотиритактному двигуні займає половину робочого циклу, не 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 видикривошипно-камерної контурної віконно-віконної продування - петльова, зворотно-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 необхідні 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 підтримки 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

У переважній більшості автомобілів використовуються як паливо для двигунів похідні нафти. При згорянні цих речовин виділяються гази. У замкнутому просторі вони утворюють тиск. Складний механізм сприймає ці навантаження і трансформує їх спочатку в поступальний рух, а потім - у обертальний. На цьому ґрунтується принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння. Далі обертання вже передається на провідні колеса.

Поршневий двигун

У чому перевага такого механізму? Що дав новий принципроботи двигуна внутрішнього згоряння? Нині їм обладнуються як автомобілі, а й сільськогосподарський і вантажний транспорт, локомотиви поїздів, мотоцикли, мопеди, скутера. Двигуни такого типу встановлюються на військовій техніці: танках, бронетранспортерах, гелікоптерах, катерах. Ще можна згадати про бензопили, косарки, мотопомпи, генераторні підстанції та інше мобільне обладнання, в якому використовується для роботи дизельне паливо, бензин або газова суміш.

До винаходу принципу внутрішнього згоряння паливо, частіше тверде (вугілля, дрова), спалювалося в окремій камері. Для цього застосовувався котел, який грів воду. Як першоджерело рушійної сили використовувався пар. Такі механізми були масивними та габаритними. Ними обладналися локомотиви паровозів та теплоходи. Винахід двигуна внутрішнього згоряння дало змогу в рази зменшити габарити механізмів.

Система

Працюючи двигуна постійно відбувається ряд циклічних процесів. Вони повинні бути стабільними і проходити за певний проміжок часу. Ця умова забезпечує безперебійну роботу всіх систем.

У дизельних двигунівпаливо попередньо не готується. Система подачі палива доставляє його з бака, і воно подається під високим тискому циліндри. Бензин по дорозі попередньо змішується з повітрям.

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння такий, що система запалювання займає цю суміш, а кривошипно-шатунний механізмприймає, трансформує та передає енергію газів на трансмісію. Газорозподільна система випускає з циліндрів продукти горіння та виводить їх за межі транспортного засобу. Принагідно знижується звук вихлопу.

Система мастила забезпечує можливість обертання рухомих вузлів. Проте тертьові поверхні нагріваються. Система охолодження стежить, щоб температура не виходила межі допустимих значень. Хоча всі процеси відбуваються в автоматичному режимі, за ними все ж таки необхідно спостерігати. Це забезпечує система керування. Вона передає дані на пульт у кабіну водія.

Достатньо складний механізм повинен мати корпус. У ньому монтуються основні вузли та агрегати. Додаткове обладнаннядля систем, що забезпечують нормальну його роботу, розміщується поблизу та монтується на знімних кріпленнях.

У блоці циліндрів розташовується кривошипно-шатунний механізм. Основне навантаження від згорілих газів палива передається на поршень. Він шатуном з'єднаний з колінчастим валом, який перетворює поступальний рух на обертальний.

Також у блоці розміщується циліндр. По його внутрішній площині переміщається поршень. На ньому прорізані канавки, в яких розміщуються кільця ущільнювачів. Це необхідно для мінімізації зазору між площинами та створення компресії.

Зверху до корпусу кріпиться головка блоку циліндрів. У ній монтується газорозподільний механізм. Він складається з валу з ексцентриками, коромисел та клапанів. Їхнє почергове відкриття та закриття забезпечують впуск палива всередину циліндра та випуск потім відпрацьованих продуктів горіння.

Донизу корпусу монтується піддон блоку циліндрів. Туди стікає масло після того, як воно змаже терть з'єднання деталей вузлів і механізмів. Усередині двигуна ще розташовані канали, якими циркулює охолодна рідина.

Принцип роботи ДВС

Суть процесу полягає у перетворенні одного виду енергії в інший. Це відбувається при спалюванні палива у замкнутому просторі циліндра двигуна. Гази, що виділяються при цьому, розширюються, і всередині робочого простору створюється надлишковий тиск. Його сприймає поршень. Він може рухатися вгору-вниз. Поршень за допомогою шатуна з'єднаний з колінчастим валом. По суті, це головні деталі кривошипно-шатунного механізму - основного вузла, що відповідає за перетворення хімічної енергії палива у обертальний рух валу.

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння ґрунтується на почерговій зміні циклів. При поступальному русі поршня вниз відбувається робота - на певний кут провертається колінчастий вал. На одному його кінці закріплено потужний маховик. Отримавши прискорення, він інерцією продовжує рух, і це ще провертає колінчастий вал. Тепер шатун штовхає поршень нагору. Він займає робоче становище і знову готовий прийняти на себе енергію спалахненого палива.

Особливості

Принцип роботи ДВС легкових автомобілівнайчастіше заснований на перетворенні енергії бензину, що згоряється. Вантажівки, трактори та спеціальна техніка обладнуються в основному дизельними двигунами. Ще як паливо може використовуватися скраплений газ. Дизельні двигуни не мають системи запалювання. Запалення палива походить від створюваного тиску в робочій камері циліндра.

Робочий цикл може здійснюватися за один або два обороти колінчастого валу. У першому випадку відбувається чотири такти: впуск палива та його займання, робочий хід, стиск, випуск відпрацьованих газів. Двотактний двигун внутрішнього згоряння повний цикл здійснює за один оборот колінчастого валу. При цьому за один такт відбувається впуск палива та його стиск, а на другому - займання, робочий хід та випуск відпрацьованих газів. Роль газорозподільного механізму двигунах такого типу грає поршень. Рухаючись вгору-вниз, він по черзі відкриває вікна впуску палива та випуску відпрацьованих газів.

Крім поршневих ДВЗ існують ще турбінні, реактивні та комбіновані двигуни внутрішнього згоряння. Перетворення у них енергії палива в поступальний рух транспортного засобу здійснюється за іншими принципами. Пристрій двигуна та допоміжних систем також суттєво відрізняється.

Втрати

Незважаючи на те, що ДВЗ відрізняється надійністю та стабільністю роботи, його ефективність недостатньо висока, як це може здатися на перший погляд. У математичному вимірі ККД двигуна внутрішнього згоряння становить середньому 30-45 %. Це говорить про те, що більша частина енергії палива, що згоряється, витрачається вхолосту.

ККД кращих бензинових двигунів може становити лише 30%. І тільки потужні економні дизелі, які мають багато додаткових механізмів і систем, можуть ефективно перетворити до 45% енергії палива в перерахунку на потужність і корисну роботу.

Пристрій двигуна внутрішнього згоряння не може унеможливити втрати. Частина палива не встигає згоряти і йде з відпрацьованими газами. Інша стаття втрат - це витрата енергії на подолання різноманітних опорів при терті пов'язаних поверхонь деталей вузлів і механізмів. І ще якась її частина витрачається на приведення в дію систем двигуна, що забезпечують його нормальну і безперебійну роботу.

Не буде перебільшенням сказати, що більшість саморушних пристроїв сьогодні оснащені двигунами внутрішнього згоряння різноманітних конструкцій, що використовують різні принципові схеми роботи. У всякому разі, якщо говорити про автомобільному транспорті. У статті ми розглянемо докладніше ДВС. Що це таке, як працює даний агрегат, у чому його плюси та мінуси, ви дізнаєтесь, прочитавши її.

Принцип роботи двигунів внутрішнього згоряння

Головний принцип роботи ДВС заснований на тому, що паливо (тверде, рідке або газоподібне) згоряє у спеціально виділеному робочому обсязі всередині самого агрегату, перетворюючи теплову енергію на механічну.

Робоча суміш, що надходить у циліндри такого двигуна, піддається стиску. Після її займання за допомогою спеціальних пристроїв виникає надлишковий тиск газів, що змушують поршні циліндрів повертатися у вихідне положення. Так створюється постійний робочий цикл, що перетворює за допомогою спеціальних механізмів кінетичну енергію в момент, що крутить.

На сьогоднішній день пристрій ДВЗможе мати три основні види:

• часто званий легким;
• чотиритактний силовий агрегат, що дозволяє досягти більш високих показників потужності і значень ККД;
• які мають підвищені потужнісні характеристики.

Крім цього існують інші модифікації основних схем, що дозволяють поліпшити ті чи інші властивості силових установок даного виду.

Переваги двигунів внутрішнього згоряння

На відміну від силових агрегатів, що передбачають наявність зовнішніх камер, ДВЗ має значні переваги. Головними з них є:

• набагато компактніші розміри;
• вищі показники потужності;
• оптимальні значення ККД.

Слід зазначити, говорячи про ДВС, що це такий пристрій, що у переважній більшості випадків дозволяє використовувати різні види палива. Це може бути бензин, дизельне паливо, природний або гас і навіть звичайна деревина.

Такий універсалізм приніс цій принциповій схемі двигуна заслужену популярність, повсюдне поширення і світове лідерство.

Короткий історичний екскурс

Прийнято вважати, що двигун внутрішнього згоряння веде відлік своєї історії з моменту створення французом де Рівасом в 1807 поршневого агрегату, що використовував як паливо водень в газоподібному агрегатному стані. І хоча з того часу пристрій ДВЗ зазнав значних змін і модифікацій, основні ідеї цього винаходу продовжують використовуватися і в наші дні.

Перший чотиритактний двигунвнутрішнього згоряння побачило світ у 1876 році в Німеччині. В середині 80-х років XIX століття в Росії був розроблений карбюратор, що дозволяв дозувати подачу бензину в циліндри двигуна.

А наприкінці позаминулого століття знаменитий німецький інженер запропонував ідею займання горючої суміші під тиском, що суттєво підвищувало потужні характеристики ДВЗта показники ККД агрегатів подібного виду, які до цього залишали бажати набагато кращого. З того часу розвиток двигунів внутрішнього згоряння йшло в основному шляхом поліпшення, модернізації та впровадження різноманітних поліпшень.

Основні види та типи ДВС

Проте більш ніж 100-річна історія агрегатів цього виду дозволила розробити кілька основних видів силових установок із внутрішнім згорянням палива. Вони відрізняються між собою не тільки складом робочої суміші, що використовується, але і конструктивними особливостями.

Бензинові двигуни

Як випливає з назви, агрегати цієї групи використовують як паливо різні види бензину.

У свою чергу такі силові установки прийнято поділяти на дві великі групи:

• Карбюраторні. У таких пристроях паливна суміш перед надходженням в циліндри збагачується повітряними масами спеціальному пристрої(карбюратор). Після чого відбувається її запалення за допомогою електричної іскри. Серед найбільш яскравих представників даного типу можна назвати моделі ВАЗ, ДВЗ яких дуже довгий час був виключно карбюраторного типу.
• Інжекторні. Це більш складна система, в якій впорскування палива в циліндри здійснюється за допомогою спеціального колектора та форсунок. Він може відбуватися як механічним способом, так і за допомогою спеціального електронного пристрою. Найбільш продуктивними вважаються системи прямого безпосереднього упорскування "Коммон Рейл". Встановлюються майже всі сучасні автомобілі.

Інжекторні бензинові двигуни прийнято вважати економічнішими і такими, що забезпечують вищий ККД. Однак вартість таких агрегатів набагато вища, а обслуговування та експлуатація – помітно складніше.

Дизельні двигуни

На зорі існування агрегатів подібного виду дуже часто можна було чути жарт про ДВС, що це такий пристрій, який їсть бензин, як кінь, а рухається набагато повільніше. З винаходом дизельного двигуна цей жарт частково втратив свою актуальність. Головним чином тому, що дизель здатний працювати на паливі набагато нижчої якості. А значить, і на набагато дешевшому, ніж бензин.

Головним принциповою відмінністювнутрішнього згоряння є відсутність примусового займання паливної суміші. Солярка впорскується в циліндри спеціальними форсунками, а окремі краплі палива спалахують через силу тиску поршня. Поряд з перевагами дизельний двигун має і цілу низку недоліків. Серед них можна виділити такі:

• набагато менша потужність у порівнянні з бензиновими силовими установками;
• великими габаритами та ваговими характеристиками;
• труднощами із запуском за екстремальних погодних та кліматичних умов;
• недостатньою тяжкістю та схильністю до невиправданих втрат потужності, особливо на порівняно високих оборотах.

Крім того, ремонт ДВЗ дизельноготипу, як правило, набагато складніший і витратніший, ніж регулювання або відновлення працездатності бензинового агрегату.

Газові двигуни

Незважаючи на дешевизну природного газу, що використовується як паливо, пристрій ДВЗ, що працюють на газі, набагато складніше, що веде до істотного подорожчання агрегату в цілому, його монтажу та експлуатації зокрема.

на силових установкахподібного типу зріджений або природний газ надходить у циліндри через систему спеціальних редукторів, колекторів та форсунок. Запалення паливної суміші відбувається так само, як і в карбюраторних бензинових установках, - за допомогою електричної іскри, що походить від свічки запалювання.

Комбіновані типи двигунів внутрішнього згоряння

Мало хто знає про комбіновані системи ДВС. Що це таке і де застосовується?

Йдеться, звичайно ж, не про сучасні гібридні автомобілі, здатні працювати як на пальному, так і від електричного мотора. Комбінованими двигунами внутрішнього згоряння прийнято називати такі агрегати, які поєднують у собі елементи різних принципів паливних систем. Найбільш яскравим представником сімейства таких двигунів є газодизельні установки. Вони паливна суміш надходить у блок ДВС практично як і, як й у газових агрегатах. Але підпал пального проводиться не за допомогою електророзряду від свічки, а запальної порцією солярки, як це відбувається у звичайному дизельному моторі.

Обслуговування та ремонт двигунів внутрішнього згоряння

Незважаючи на досить широке розмаїття модифікацій, усі двигуни внутрішнього згоряння мають аналогічні важливі конструкціїта схеми. Тим не менш, для того щоб якісно здійснювати обслуговування та ремонт ДВЗ, необхідно досконально знати його пристрій, розуміти принципи роботи та вміти визначати неполадки. Для цього, безумовно, необхідно ретельно вивчити конструкцію двигунів внутрішнього згоряння. різних типів, усвідомити собі призначення тих чи інших деталей, вузлів, механізмів і систем. Справа ця непроста, але дуже цікава! А головне, потрібне.

Спеціально для допитливих розумів, які бажають самостійно осягнути всі обряди та секрети практично будь-якого транспортного засобу, приблизна. схема ДВСпредставлено на фото вище.

Отже, ми з'ясували, що являє собою даний силовий агрегат.

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 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 блокууправління, а 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 запалюваннязаймає паливно-повітряну суміш. Миттєво розширюючись, пари палива, що горить, стрімко штовхають поршень назад до нижньої. мертвою точкою.

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, 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 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 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 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 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 харчування ДВС, «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 двигунахцей пристрій «відповідає» за синхронну та ефективну роботу з освіти та подачі горючої суміші в мотор.
• Паливний насос - електричний пристрійдля нагнітання бензину чи солярки у 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 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 та недорогих мотоциклах досі застосовується повітряна системаохолодження двигуна - зустрічним потоком повітря, то більш потужної техніки її, 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.

В даний час двигун внутрішнього згоряння є основним видом автомобільного двигуна. Двигуном внутрішнього згоряння (скорочене найменування – ДВС) називається теплова машина, що перетворює хімічну енергію палива на механічну роботу.

Розрізняють такі основні типи двигунів внутрішнього згоряння: поршневий, роторно-поршневий та газотурбінний. З представлених типів двигунів найпоширенішим є поршневий ДВС, тому пристрій та принцип роботи розглянуті на його прикладі.

Перевагамипоршневого двигуна внутрішнього згоряння, що забезпечили його широке застосування, є автономність, універсальність (поєднання з різними споживачами), невисока вартість, компактність, мала маса, можливість швидкого запуску, багатопаливність.

Разом з тим, двигуни внутрішнього згоряння мають низку суттєвих недоліків, до яких належать: високий рівеньшуму, велика частота обертання колінчастого валу, токсичність відпрацьованих газів, невисокий ресурс, низький коефіцієнт корисної дії.

Залежно від виду застосовуваного палива розрізняють бензинові та дизельні двигуни. Альтернативними видами палива, які у двигунах внутрішнього згоряння, є природний газ, спиртові палива – метанол і етанол, водень.

Водневий двигун з погляду екології перспективним, т.к. не створює шкідливих викидів. Поряд з ДВЗ водень використовується для створення електричної енергії в паливних елементах автомобілів.

Пристрій двигуна внутрішнього згоряння

Поршневий двигунвнутрішнього згоряння включає корпус, два механізми (кривошипно-шатунний та газорозподільний) та ряд систем (впускну, паливну, запалювання, мастила, охолодження, випускну та систему управління).

Корпус двигуна поєднує блок циліндрів та головку блоку циліндрів. Кривошипно-шатунний механізм перетворює зворотно-поступальний рух поршня у обертальний рух колінчастого валу. Газорозподільний механізм забезпечує своєчасну подачу в циліндри повітря або паливно-повітряної суміші та випуск відпрацьованих газів.

Система керування двигуном забезпечує електронне керуванняроботою систем двигуна внутрішнього згоряння.

Робота двигуна внутрішнього згоряння

Принцип роботи ДВС заснований на ефект теплового розширення газів, що виникає при згорянні паливно-повітряної суміші і забезпечує переміщення поршня в циліндрі.

Робота поршневого ДВЗ здійснюється циклічно. Кожен робочий цикл відбувається за два обороти колінчастого валу і включає чотири такти (чотиритактний двигун): впуск, стиск, робочий хід та випуск.

Під час тактів впуск та робочий хід відбувається рух поршня вниз, а тактів стиснення та випуск – вгору. Робочі цикли у кожному з циліндрів двигуна не збігаються по фазі, що досягається рівномірність роботи ДВС. У деяких конструкціях двигунів внутрішнього згоряння робочий цикл реалізується за два такти – стиск та робочий хід (двотактний двигун).

На такті впусквпускна та паливна системизабезпечують утворення паливно-повітряної суміші. Залежно від конструкції суміш утворюється у впускному колекторі (центральне та розподілене упорскування бензинових двигунів) або безпосередньо в камері згоряння ( безпосереднє упорскуваннябензинових двигунів, упорскування дизельних двигунів). При відкритті впускних клапанів газорозподільного механізму повітря або паливно-повітряна суміш за рахунок розрядження, що виникає під час руху поршня вниз, подається в камеру згоряння.

На такті стисненнявпускні клапани закриваються, і паливно-повітряна суміш стискується в циліндрах двигуна.

Такт робочий хідсупроводжується займанням паливно-повітряної суміші (примусове або самозаймання). Внаслідок займання утворюється велика кількість газів, які тиснуть на поршень і змушують його рухатися вниз. Рух поршня через кривошипно-шатунний механізм перетворюється на обертальний рух колінчастого валу, який потім використовується для руху автомобіля.

При такті випусквідкриваються випускні клапани газорозподільного механізму, і відпрацьовані гази видаляються з циліндрів випускну систему, де проводиться їх очищення, охолодження та зниження шуму. Далі гази надходять до атмосфери.

Розглянутий принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння дозволяє зрозуміти, чому ДВЗ має невеликий коефіцієнт корисної дії – близько 40%. У конкретний час зазвичай лише у одному циліндрі відбувається корисна робота, в інших – що забезпечують такти: впуск, стиск, випуск.