Схема роботи внутрішнього двигуна. Як працюють дизельний, бензиновий та інжекторний двигуни. КШМ – кривошипно-шатунний механізм

Двигун складається з циліндра 5 і 6 картера, який знизу закритий піддоном 9 (рис. а). Всередині циліндра переміщається поршень 4 з компресійними (ущільнювальними) кільцями 2, що має форму склянки з днищем у верхній частині. Поршень через поршневий палець 3 і шатун 14 пов'язаний з колінчастим валом 8, що обертається в корінних підшипниках, розташованих у картері. Колінчастий вал складається з корінних шийок 13, щік 10 і шатунної шийки 11. Циліндр, поршень, шатун і колінчастий вал складають так званий кривошипно-шатунний механізм, що перетворює зворотно-поступальний рух поршня у обертальний рух колінчастого валу(Див. рис. 6).

Зверху циліндр 5 накритий головкою 1 з клапанами 15 і 17, відкриття та закриття яких суворо погоджено з обертанням колінчастого валу, а отже, і з переміщенням поршня.

а - поздовжній вигляд, б - поперечний вигляд; 1 - головка циліндра, 2 - кільце,
3 - палець, 4 - поршень, 5 - циліндр, 6 - картер, 7 - маховик, 8 - колінчастий вал,
9 - піддон, 10 - щока, 11 - шатунна шийка, 12 - корінний підшипник, 13 - корінна шийка,
14 - шатун, 15, 17 - клапани, 16 - форсунка

Переміщення поршня обмежується двома крайніми положеннями, при яких його швидкість дорівнює нулю: верхньою мертвою точкою (ВМТ), що відповідає найбільшому видаленню поршня від валу (див. рис. 6), і нижньою мертвою точкою (НМТ), що відповідає найменшому видаленню.

Незупинний рух поршня через мертві точкизабезпечується маховиком 7, що має форму диска з масивним ободом.

Відстань, що проходить поршнем, між мертвими точками називається ходом поршня Sа відстань між осями корінних і шатунних шийок - радіусом кривошипу R(Рис. б). Хід поршня дорівнює двом радіусам кривошипу: S = 2R. Об'єм, який описує поршень за один хід, називається робочим об'ємом циліндра (літражем) V h:

V h = (¶ / 4)D 2 S.

Об'єм над поршнем V cу положенні ВМТ (див. рис. а) і називається об'ємом камери згоряння (стиснення). Сума робочого об'єму циліндра та об'єму камери згоряння складає повний об'єм циліндра V a:

V a = V h + V c.

Відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згоряння називається ступенем стиснення е:

е = V a / V c.

Ступінь стиснення є важливим параметром двигунів внутрішнього згоряння, оскільки сильно впливає на його економічність та потужність.

Принцип роботи.

Дія поршневого двигунавнутрішнього згоряння ґрунтується на використанні роботи розширення нагрітих газів під час руху поршня від ВМТ до НМТ.

Нагрівання газів у положенні ВМТ досягається внаслідок згоряння у циліндрі палива, перемішаного з повітрям. При цьому підвищується температура газів та їх тиск. Так як тиск під поршнем дорівнює атмосферному, а в циліндрі воно набагато більше, то під дією різниці тисків поршень переміщатиметься вниз, при цьому гази розширяться, виконуючи корисну роботу. Робота, що виробляється газами, що розширюються, за допомогою кривошипно-шатунного механізму передається колінчастому валу, а від нього на трансмісію і колеса автомобіля.

Щоб двигун постійно виробляв механічну енергію, циліндр необхідно періодично заповнювати новими порціями повітря через клапан впуску 15 і палива через форсунку 16 або подавати через впускний клапан суміш повітря з паливом. Продукти згоряння палива після їх розширення видаляються з циліндра через випускний клапан 17. Ці завдання виконують механізм газорозподілу, керуючий відкриттям та закриттям клапанів, та система подачі палива.

1. Такт впуску - Впускається паливо-повітряна суміш
2. Такт стиснення - Суміш стискається та підпалюється
3. Такт розширення - Суміш згоряє та штовхає поршень вниз
4. Такт випуску - Продукти горіння

Принцип дії.Згоряння палива відбувається в камері згоряння, яка розташована всередині циліндра двигуна, куди рідке паливо вводиться в суміші з повітрям або окремо. Теплова енергія, отримана при згорянні палива, перетворюється на механічну роботу. Продукти згоряння видаляються з циліндра, але в їх місце всмоктується нова порція палива. Сукупність процесів, які у циліндрі від впуску заряду (робочої суміші чи повітря) до випуску відпрацьованих газів, становить дійсний чи робочий цикл двигуна.

Системи та механізми двигуна, та їх призначення.

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

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

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

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

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

Бензинові силові агрегати

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

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

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

Дизельні мотори

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

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

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

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

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

Роторний двигун

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

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

До плюсів відносять компактність, велику потужність при незначному робочому обсязі, а також здатність швидко розкручуватися до високих оборотів. В результаті автомобілі з таким ДВС мають видатні розгінні характеристики.

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

Гібридний двигун

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

З цієї причини для об'єктивної оцінкипродуктивність того чи іншого двигуна на різних оборотах, причому не на колінвалу, а на колесах, необхідно проводити спеціальні комплексні виміри на динамометричному стенді.

Читайте також

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

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

Сучасний двигун внутрішнього згоряння далеко втік від своїх прабатьків. Він став більшим, потужнішим, екологічнішим, але при цьому принцип роботи, пристрій двигуна автомобіля, а також основні його елементи залишилися незмінними.

Двигуни внутрішнього згоряння, що масово застосовуються на автомобілях, відносяться до типу поршневих. Назву свою цей тип ДВС отримав завдяки принципу роботи. Усередині двигуна знаходиться робоча камера, яка називається циліндром. У ній згоряє робоча суміш. При згорянні суміші палива та повітря в камері збільшується тиск, який сприймає поршень. Переміщаючись, поршень перетворює отриману енергію на механічну роботу.

Як влаштований ДВС

Перші поршневі двигуни мали лише один циліндр невеликого діаметру. У процесі розвитку збільшення потужності спочатку збільшували діаметр циліндра, та був і його кількість. Поступово двигуни внутрішнього згоряння набули звичного нам вигляду. Двигун сучасного автомобіля може мати до 12 циліндрів.

Сучасний ДВС складається з кількох механізмів та допоміжних систем, які для зручності сприйняття групують наступним чином:

1. КШМ – кривошипно-шатунний механізм.
2. ГРМ – механізм регулювання фаз газорозподілу.
3. Система змазки.
4. Система охолодження.
5. Система подачі палива.
6. Вихлопна система.

Також до систем ДВС відносяться електричні системи пуску та керування двигуном.

КШМ – кривошипно-шатунний механізм

КШМ – основний механізм поршневого двигуна. Він виконує головну роботу- Перетворює теплову енергію в механічну. Складається механізм із наступних частин:

• Блок циліндрів.
• Головка блоку циліндрів.
• Поршні з пальцями, кільцями та шатунами.
• Колінчастий вал із маховиком.

ГРМ – газорозподільний механізм

Щоб у циліндр надходила необхідна кількість палива та повітря, а продукти згоряння вчасно видалялися з робочої камери, у ДВС передбачено механізм, званий газорозподільним. Він відповідає за відкриття та закриття впускних та випускних клапанів, через які в циліндри надходить паливо-повітряна горюча суміш і видаляються вихлопні гази. До деталей ГРМ належать:

• Розподільний вал.
• Впускні та випускні клапани з пружинами та напрямними втулками.
• Деталі приводів клапанів.
• Елементи приводу ГРМ.

ГРМ наводиться від колінчастого валу двигуна автомобіля. За допомогою ланцюга або ременя обертання передається на розподільний вал, який за допомогою кулачків або коромисел через штовхачі натискає на впускний або випускний клапан і по черзі відкриває та закриває їх

Залежно від конструкції та кількості клапанів на двигун може бути встановлений один або два розподільних валівна кожний ряд циліндрів. При двовальній системі кожен вал відповідає за роботу свого ряду клапанів - впускних чи випускних. Одновальна конструкція має англійську назву SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему із двома валами називають DOHC (Double Overhead Camshaft).

Під час роботи двигуна його деталі стикаються з розпеченими газами, які утворюються при згорянні паливо-повітряної суміші. Щоб деталі двигуна внутрішнього згоряння не руйнувалися через надмірне розширення при нагріванні, їх необхідно охолоджувати. Охолодити двигун автомобіля можна за допомогою повітря або рідини. Сучасні мотори мають, як правило, рідинну схему охолодження, яку утворюють такі частини:

• Сорочка охолодження двигуна
• Насос (насос)
• Радіатор
• Вентилятор
• Розширювальний бачок

Сорочку охолодження двигунів внутрішнього згоряння утворюють порожнини всередині БЦ і ГБЦ, якими циркулює охолоджувальна рідина. Вона відбирає надлишкове тепло у деталей двигуна та відносить його до радіатора. Циркуляцію забезпечує насос, привод якого здійснюється за допомогою ременя від колінчастого валу.

Термостат забезпечує необхідний температурний режим двигуна автомобіля, перенаправляючи потік рідини в радіатор або в обхід нього. Радіатор, своєю чергою, покликаний охолоджувати нагріту рідину. Вентилятор підсилює потік повітря, що набігає, тим самим збільшуючи ефективність охолодження. Розширювальний бачок необхідний сучасним моторам, так як охолоджувальні рідини, що застосовуються, сильно розширюються при нагріванні і вимагають додаткового об'єму.

Система мастила ДВС

У будь-якому моторі є безліч деталей, що труться, які необхідно постійно змащувати, щоб зменшити втрати потужності на тертя і уникнути підвищеного зносу і заклинювання. Для цього існує система мастила. Принагідно з її допомогою вирішується ще кілька завдань: захист деталей двигуна внутрішнього згоряння від корозії, додаткове охолодження деталей мотора, а також видалення продуктів зносу з місць зіткнення частин, що труться. Систему змащення двигуна автомобіля утворюють:

• Олійний картер (піддон).
• Насос подачі олії.
• Олійний фільтр з .
• Маслопроводи.
• Масляний щуп (індикатор рівня олії).
• Вказівник тиску в системі.
• Маслоналивна горловина.

Насос забирає масло з масляного картера і подає його в маслопроводи та канали, розташовані в БЦ та ГБЦ. По них масло надходить у місця зіткнення поверхонь, що труться.

Система харчування

Система подачі для двигунів внутрішнього згоряння із запаленням від іскри та від стиснення відрізняються один від одного, хоч і мають ряд загальних елементів. Спільними є:

• Паливний бак.
• Датчик рівня палива.
• Фільтри очищення палива – грубої та тонкої.
• Паливні трубопроводи.
• Впускний колектор.
• Повітряні патрубки.
• Повітряний фільтр.

В обох системах є паливні насоси, паливні рампи, форсунки подачі палива, але в силу різних фізичних властивостейбензину та дизельного палива конструкція їх має суттєві відмінності. Сам принцип подачі однаковий: паливо з бака за допомогою насоса через фільтри подається до паливної рампи, з якої потрапляє у форсунки. Але якщо в більшості бензинових двигуніввнутрішнього згоряння форсунки подають його у впускний колектор двигуна автомобіля, то в дизельних воно подається безпосередньо в циліндр, і вже там змішується з повітрям. Деталі, що забезпечують очищення повітря та надходження його циліндри – повітряний фільтрта патрубки – теж відносяться до паливної системи.

Система випуску

Система випуску призначена для відведення відпрацьованих газів із циліндрів двигуна автомобіля. Основні деталі, її складові:

• Випускний колектор.
• Приймальна труба глушника.
• Резонатор.
• Глушник.
• Вихлопна труба.

У сучасних двигунах внутрішнього згоряння вихлопну конструкцію доповнено пристроями нейтралізації шкідливих викидів. Вона складається з каталітичного нейтралізатора та датчиків, що сполучаються з блоком управління двигуном. Вихлопні гази із випускного колектора через приймальну трубу потрапляють у каталітичний нейтралізатор, потім через резонатор у глушник. Далі через вихлопну трубувони викидаються у повітря.

На закінчення необхідно згадати системи пуску та керування двигуном автомобіля. Вони є важливою частиною двигуна, але їх необхідно розглядати разом із електричною системоюавтомобіля, що виходить за рамки цієї статті, що розглядає внутрішній пристрій двигуна.

Називати двигун серцем автомобіля – порівняння банальне, але точне. Можна скільки завгодно перебирати підвіску, налаштовувати рульове управлінняабо вдосконалювати гальма - якщо мотор не в порядку, все це перетворюється на марну трату часу.

Сьогодні на дорогах можна зустріти автомобілі різних поколінь: і зі старими карбюраторними ДВС, і з потужними дизельними моторами, керованими електронікою, і навіть нові водневі двигуни, які тільки починають удосконалюватися. І у всьому цьому розмаїтті досить складно зорієнтуватися, якщо не знати основ та принципів роботи двигуна внутрішнього згоряння.

Що таке ДВС і для чого він потрібний?

Пристрій двигуна

Щоб транспорт їхав, щось має приводити його в рух. У різні часи це були запряжені тварини, потім на зміну прийшли парові та електродвигуни (так, прабатьки сучасних автомобілівз'явилися навіть раніше, ніж традиційні ДВС), потім мотори, що працюють на паливі.

Сучасний двигун внутрішнього згоряння – це механізм, що перетворює енергію спалаху палива (тепла) на механічну роботу. Незважаючи на досить громіздку конструкцію, на сьогоднішній день ДВС залишається найзручнішим джерелом енергії.

Електротранспорт, звичайно, все більше входить у побут, але час його «заправки» зводить нанівець усі переваги – каністру з електрикою в багажник не покладеш.

Своє застосування ДВС знайшов у багатьох сферах: за однаковим принципом працюють автомобілі, мотоцикли та скутери, сільськогосподарська та будівельна техніка, водний транспорт, Двигуни літаків, військова техніка, газонокосарки ... Тобто, практично все, що їздить або літає.

Пристрій двигуна внутрішнього згоряння

Незважаючи на різноманітність типів та конструкцій ДВС, принцип його пристрою залишається практично незмінним на будь-якій техніці. Звичайно, окремі елементи конструкції можуть сильно відрізнятися на різних двигунах, але основні вузли та компоненти дуже схожі між собою.

Отже, двигун внутрішнього згоряння складається з таких конструктивних вузлів.

1. Блок циліндрів (БЦ) – «оболонка» ЦПГ та всього двигуна загалом, у тому числі із сорочкою системи охолодження.

   
   Блок циліндрів

2. Кривошипно-шатунний механізм, він же КШМ - вузол, в якому відбувається перетворення прямолінійного руху поршня в обертальний. Складається з колінвалу, поршнів, шатунів, маховика, а також підшипників ковзання (вкладишів), на які спирається колінвал та кріплення шатунів.

   
   Кривошипно-шатунний механізм: 1 - циліндр; 2 - маховик; 3 - шатунний підшипник; 4 - колінчастий вал; 5 - коліно; 6 - корінний підшипник; 7 - шатун.

3. Газорозподільний механізм (ГРМ) - це система подачі в циліндри паливно-повітряної суміші та відведення вихлопних газів. Складається з розподільних валів, клапанів з коромислами або штангами, ременя ГРМ, завдяки якому вся система працює синхронно з оборотами коленвала.

   
   Газорозподільчий механізм

4. Система живлення – це вузол, у якому відбувається підготовка паливно-повітряної суміші, яка потім подається до камер згоряння. Залежно від конструкції система подачі палива може бути карбюраторною (одна форсунка на двигун), інжекторною (форсунки встановлені перед впускним клапаном кожного циліндра), безпосереднім упорскуванням(Форсунка встановлена ​​всередині камери згоряння). Включає в себе паливний бакз фільтром та насосом, карбюратор (опціонально), впускний колектор, форсунки, ТНВД (у дизельних двигунах), повітрозабірника з повітряним фільтром.

   
   Система харчування

5. Система мастила двигуна – забезпечує подачу мастила в кожен із вузлів тертя, а також на ділянки, що потребують додаткового охолодження (наприклад, нижню частину поршнів). Складається з масляного насоса, підключеного до коленвала, системи трубок і каналів, що виходять на пари тертя, масляного фільтра, масляний піддон. Залежно від конструкції розрізняються двигуни з «сухим» та «мокрим» картером. У перших ємність для збирання моторного масла розташована окремо, по-друге – безпосередньо під двигуном.

   
   Система змащення двигуна: 1 – масляний насос; 2 – пробка зливного отворукартера; 3 – маслоприймач; 4 – редукційний клапан; 5 – отвір для змащування розподільчих шестерень; 6 – датчик сигнальної лампи аварійного тиску олії; 7 – датчик вказівника тиску олії; 8 – кран масляного радіатора; 9 – масляний радіатор; 10 – масляний фільтр.

6. Система запалювання – потрібна для запалювання паливної суміші в камері згоряння. Застосовується тільки на бензинових двигунах, оскільки дизпаливо спалахує саме від стиснення. Включає свічки запалювання, високовольтні дроти, котушки запалення, а також розподільник (трамблер) на двигунах старого типу. У сучасних моторах система запалювання обходиться без трамблера і навіть без дротів: використовується конструкція «котушка на свічці».

   
   Система запалювання двигуна: 1 – генератор; 2 – вимикач запалювання; 3 – розподільник запалювання; 4 – кулачок переривника; 5 – свічки запалювання; 6 – котушка запалювання; 7 – акумуляторна батарея.

7. Система охолодження – дбає про підтримку заданої робочої температури двигуна. Рідина системаохолодження складається з теплоносія (охолоджуючої рідини, антифризу), сорочки охолодження (мережа камер і каналів усередині блоку циліндрів), теплообмінника (радіатор охолодження), водяного насоса та термостата.

   
   Система охолодження

8. Електросистема - це джерела енергії, необхідної для старту двигуна та підтримки його роботи. До електросистеми відноситься акумуляторна батарея, генератор, стартер, проводка та датчики роботи двигуна.
9. Вихлопна система - відводить продукти згоряння з двигуна, виконує функцію доочищення вихлопних газів, регулює звук роботи двигуна. Складається з випускного колектора, каталізатора та сажевого фільтра(опціонально), резонатора, глушника.

Вихлопна система

Кожна їх частина поступово розвивається і вдосконалюється залежно від запитів часу. Прагнення зростання потужності змінилося пошуком найнадійніших і довговічних рішень, потім перше місце вийшла економія палива, а сьогодні – турбота про природу.

Принцип роботи двигуна

У всіх ДВС, якою б конструкції вони не були, використовується той самий принцип роботи. Це перетворення енергії теплового розширення при згорянні палива спочатку прямолінійне, а потім в обертальний рух.

Так ти чотиритактного двигуна

Чотиритактні двигуни використовуються у всіх автомобілях, великій техніці, авіації. Це так званий класичний вид ДВС, якому конструктори приділяють всю свою увагу. Умовно роботу кожного циліндра ЦПГ можна розділити на 4 етапи (такту). Це впуск, стиск, згоряння, випуск. На відео, нижче, показано роботу 4-тактного двигуна в 3Д анімації.

1. На такті впуску поршень у циліндрі рухається вниз, від клапанів до нижньої мертвою точкою(НМТ). Коли він починає опускатися, відкривається впускний клапан і в циліндр надходить паливно-повітряна суміш (або тільки повітря, якщо двигун з безпосереднім упорскуванням). Під час руху поршень сам «накачує» потрібний об'єм повітря в камеру згоряння, якщо двигун атмосферний, або повітря надходить під натиском, якщо встановлений турбонаддув.
2. Дійшовши до нижньої мертвої точки, поршень починає підніматися. При цьому впускний клапан закривається, і при русі поршень стискає повітря з розпиленим паливом до критичного тиску.
3. Як тільки поршень умовно сягає верхньої мертвої точки і компресія стає максимальною, спрацьовує свічка запалювання і паливо спалахує (дизпаливо запалюється при стисканні саме, без іскри). Мікровибух від спалаху штовхає поршень знову вниз, до НМТ.
4. І на четвертому такті відкривається випускний клапан. Поршень знову рухається вгору, видавлюючи з камери згоряння вихлопні гази у випускний колектор.

Робота чотиритактного двигуна

По суті, корисної роботи в двигуні лише один такт із чотирьох, коли при згорянні палива створюється надлишковий тиск, що штовхає поршень. Інші три такти потрібні як допоміжні, які не дають імпульсу до руху, але на них витрачається енергія.

За таких умов двигун міг би зупинитися, коли кривошипно-шатунний механізм (КШМ) приходить до енергетичної рівноваги. Але щоб цього не сталося, використовується великий маховик, з'єднаний із системою зчеплення, та противаги на колінвалі, що врівноважують навантаження від роботи поршнів.

Такти двотактного двигуна

Двотактні двигуни використовуються не надто широко. В основному це мотори скутерів та мопедів, легких моторних човнів, газонокосарок. Весь робочий процес такого двигуна можна розділити на два основні етапи:

1. На початку руху поршня знизу вгору (від нижньої мертвої точки до верхньої) камеру згоряння надходить паливно-повітряна суміш. Піднімаючись, поршень стискає її до критичної компресії, і коли він знаходиться у верхній мертвій точці, відбувається запалювання.
2. Згоряючи паливо штовхає поршень вниз, при цьому одночасно відкривається доступ до випускного колектора і продукти згоряння виходять з циліндра. Як тільки поршень досягає нижньої мертвої точки (НМТ), повторюється перший такт - впуск та стиснення одночасно.

Робота двотактного двигуна

Здавалося б, двотактний двигунповинен бути вдвічі ефективнішим за чотиритактний, адже тут на корисна діяприпадає половина роботи. Але насправді потужність двотактного двигуна набагато нижча, ніж хотілося б, і причина цього криється в недосконалому механізмі газорозподілу.

При згорянні палива частина енергії йде у випускний колектор, не виконуючи жодної роботи, крім нагріву. У результаті, двотактні двигуни використовуються тільки в малопотужному транспорті і вимагають спеціальних моторних масел.

Класифікація двигунів

Оскільки ДВС ростуть і вдосконалюються вже понад 100 років, набралося чимало їх різновидів. Класифікують двигуни за різними ознаками та властивостями.

За робочим циклом

Це вже відомий нам поділ двигунів на двотактні та чотиритактні.

1. Двотактні – один повний робочий цикл і двох етапів, у своїй колінвал робить один оборот;
2. Чотирьохтактні – за один повний робочий цикл проходить чотири етапи, а колінвал робить два обороти.

За типом конструкції

Є два основні типи ДВС: поршневий та роторний.

1. Поршневий - це той звичний нам двигун з поршнями, циліндрами і коленвалом, який стоїть практично в будь-якому транспорті;
2. Роторно-поршневий, він же двигун Ванкеля - особливий вид ДВЗ, в якому замість поршня використовується тригранний ротор, а камера згоряння має овальну форму. Двигун Ванкеля використовувався в деяких моделях автомобілів, але складність виробництва та обслуговування змусила інженерів відмовитись від застосування цієї конструкції.

Робота роторного двигуна

За кількістю циліндрів

У ЦПГ двигуна може встановлюватися від 1 до 16 циліндрів, для легкових автомобілів зазвичай 3-8. Як правило, конструктори віддають перевагу парній кількості циліндрів, щоб врівноважити цикли їх роботи. Найвідоміший виняток із правил – двигун Ecoboost, розроблений концерном Ford, у багатьох моделях якого ставиться якраз три циліндри.

За розташуванням циліндрів

Компонування ЦПГ не завжди рядне (хоч рядний двигун – найпростіший у ремонті та обслуговуванні). Залежно від фантазії інженерів двигуни діляться на кілька типів компонування:

1. Рядні – всі циліндри збудовані в один ряд і на один колінвал.

   Робота рядного двигуна

2. V-подібні – два ряди циліндрів, встановлені під кутом від 45 до 90 градусів на коленвал.

   
   Робота V-подібного двигуна

3. VR-подібні – два ряди циліндрів із маленьким кутом розвалу, 10-20 градусів, встановлені на один колінвал.

   Робота VR-подібного двигуна

4. W-подібні – являють собою блок із 3 або 4 рядів циліндрів, встановлених на один коленвал.

   Робота W-подібного двигуна Робота радіального двигуна

   У легкових автомобіляхвикористовуються рядні, V-, VR-, W- та U-подібні двигуни, а в деяких моделях і опозитні. А ось радіальні використовуються в авіаційній техніці.

   За типом палива

   Класика жанру тут – бензинові та дизельні двигуни. Набирають популярності газові, поступово вдосконалюються гібридні та водневі.

   1. Бензинові двигуни вимагають підпалу паливно-повітряної суміші. Для цього використовуються свічки та котушки запалювання, що працюють синхронно з рухом коленвала. Особливість бензинових двигунів – здатність розвивати більшу швидкість;
   2. Дизельні двигуни працюють за принципом самозаймання паливно-повітряної суміші. У них немає свічок запалювання, зате є система прямого упорскування, що вимагає подачі палива під великим тиском. Для запуску двигуна використовуються свічки розжарювання, які попередньо підігрівають повітря та відключаються після прогрівання камери згоряння. Дизельні двигуни здатні розвивати велику потужність, але не швидкість, тому використовуються у важкій техніці;
   3. Газові установки популярні завдяки низькій вартості скрапленого газу (у порівнянні з бензином). Газові двигуни працюють при більш високих температурах, Чим бензинові або дизельні, що, у свою чергу, вимагає якісної роботи системи охолодження та особливого моторного масла;
   4. Гібридні – це комбінація ДВЗ та електромотора. У стандартному режимі керування задіяний тільки електричний мотор, а ДВЗ задіюється при необхідності підвищити навантаження або підзарядити акумулятори;
   5. Водневі двигуни донедавна були досить небезпечними: кисень і водень, вироблені з води шляхом електролізу, згоряли нестабільно та з ризиком детонації. Порівняно недавно був знайдений інший спосіб використання воднево-кисневого з'єднання: водень заправляється в баки (причому заправка триває близько 3 хвилин), кисень захоплюється з повітря, після чого вони надходять на електрогенератор, а не ДВС. По суті, виходить процес, зворотний до процесу електролізу, в результаті якого утворюється електроенергія і вода. Першим автомобілем із водневою силовою установкоюстала Toyota Mirai

   За принципом роботи ГРМ

   Ключовий елемент газорозподільного механізму - розподільний вал, об'єднаний з колінвалом двигуна за допомогою ременя або ланцюга ГРМ. Розподільний вал за рахунок своєї конструкції регулює роботу клапанів, і вся система працює синхронно з частотою оборотів двигуна. Обрив ременя ГРМ майже завжди шлях на капремонт.

   Залежно від компонування ЦПГ у двигуні може стояти 1 розподільний вал, якщо двигун рядний, або 2-4 розподільні вали, якщо це V-подібне компонування.

   Однак стандартна система ГРМ перестала відповідати сучасним вимогам до потужності та економічності двигунів. І тепер, окрім стандартної механічної системи, є адаптивні системи, такі як Honda i-VTEC, VTEC-E та DOHC, Toyota VVT-i, Mitsubishi MIVEC, розробки компаній Volkswagenта Eco-Motors, а також пневматична система ГРМ, встановлена ​​на Koenigsegg Regeraі в перспективі, що додає 30% потужності двигуну.

   Робота двигуна з турбіною

   Турбовані двигуни мають свої переваги та недоліки: з одного боку, чим більше повітря, тим більше потужностіможе розвинути двигун. З іншого – ефект турбоями здатний серйозно зіпсувати нерви любителю спортивної їзди. Та й зайвий вузол – зайве слабке місцеТак що турбовані двигуни (або бітурбо, як називають мотор з двома турбінами) подобаються далеко не всім. Іноді добре зібраний атмосферник може заткнути за пояс будь-який наддув.

   Переваги та недоліки ДВЗ

   1. Якщо говорити про переваги двигунів внутрішнього згоряння, то на перше місце вийде зручність для користувача. За сторіччя бензинової епохи ми обросли мережею АЗС і навіть не сумніваємося, що завжди буде можливість заправити машину та їхати далі. Є ризик не зустріти заправну станцію- Не біда, можна взяти з собою бензин у каністрах. Саме інфраструктура робить використання ДВЗ таким комфортним.
   2. З іншого боку, заправка двигуна паливом займає кілька хвилин, проста і доступна. Залив бак - і їдь собі далі. Це не йде в жодне порівняння з підзарядкою електромобіля.
   3. Здатність служити довго при грамотному обслуговуванні - те, чим можуть похвалитися знамениті двигуни-мільйонники. Регулярне своєчасне ТО здатне зберегти працездатність двигуна на дуже тривалий термін.
   4. І, звичайно, не забуватимемо про милий серцю ревіння потужного двигуна. Справжній, чесний, не схожий на озвучку сучасних електрокарів. Недарма деякі автоконцерни спеціально налаштовували звук двигунів своїх машин.

   Який же основний недолік у ДВЗ?

   1. Звичайно, це низький ККД – у межах 20-25%. Найвищий на сьогодні показник ККД серед ДВС – 38%, який видав двигун Toyota VVT-IE. Порівняно з цим електромотори виглядають набагато виграшнішими, особливо із системами рекуперативного гальмування.
   2. Другий значний мінус – це загальна складність усієї системи. Сучасні двигунидавно перестали бути такими «простачками», як у схемі класичного ДВС. Навпаки, вимоги до моторів стають все вищими, самі мотори – більш точними та складними, з'являються нові технології та інженерні рішення. Все це додатково ускладнює конструкцію двигуна, і чим вона складніша, тим більше в ній слабких місць.

   Тож якщо раніше сусід дядько Вася перебирав двигун своєї «копійки» самостійно, але на новеньких сучасних машинахнавряд чи хтось полізе у тонку систему ДВС без спеціального обладнаннята інструментів.

   І, нарешті, нафтова ера сама собою відходить у минуле. Не дарма ж зростають вимоги до екологічної безпеки транспорту, а заразом і ефективність сонячних батарей. Так, бензинові та дизельні мотори ще не скоро зникнуть з вулиць, але вже Європа бореться за впровадження електромобілів, завдяки яким людство колись забуде слово «бензиновий смог».

   Висновок

   Незважаючи на будь-які недоліки, ДВС залишається «головним з транспорту». Хіміки вигадують нові моторні олії, Інженери розробляють нові системи ГРМ, а виробники бензину не поспішають знижувати ціни. Все тому, що зі зручністю та автономністю звичних нам двигунів поки що не може зрівнятися жоден вид транспорту.

Двигун внутрішнього згоряння працює на основі розширення газів, які нагріваються під час руху поршня від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки. Гази нагріваються від того, що у циліндрі згоряє паливо, яке перемішане з повітрям. Таким чином, температура тиску та газу стрімко зростає.

Відомо, що поршневий тиск є аналогічним атмосферному. У циліндрі, навпаки, тиск є вищим. Саме через цей тиск поршня знижується, що призводить до розширення газів, таким чином, здійснюється корисна робота. У відповідному розділі нашого сайту ви зможете знайти статтю. Для вироблення механічної енергії циліндр двигуна потрібно постійно постачати повітрям, в яке надходитиме через форсунку паливо і повітря через впускний клапан. Звичайно, повітря може надходити разом із паливом, наприклад, через впускний клапан. Через нього ж виходять усі продукти, які при згорянні. Все це відбувається на основі газорозподілу, адже саме газ відповідає за відкриття та закриття клапанів.

Робочий цикл двигуна

Потрібно особливо виділити робочий цикл двигуна, який являє собою послідовні процеси, що повторюються. Вони відбуваються у кожному циліндрі. Крім того, саме від них залежить перехід теплової енергії до механічної роботи. Варто відзначити, що кожен тип транспорту працює за певним типом. Наприклад, робочий цикл може відбуватися за 2 ходи поршня. У цьому випадку двигун називають двотактним. Що стосується автомобілів, то більшість з них мають чотиритактні двигуни, так як їх цикл складається з впуску, стиснення газу, розширення газу або робочого ходу, і випуску. Всі ці чотири етапи відіграють велику роль у роботі двигуна.

Впуск

На цьому етапі випускний клапан закритий, а впускний, навпаки, відкритий. На початковому етапі перший напівобіг робиться колінчастим валом двигуна, що призводить до переміщення від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки. Після в циліндрі відбувається розрядження, і в нього потрапляє через впускний газопровід повітря разом з бензином, що є горючою сумішшю, яка потім перемішується з газами. Таким чином двигун починає працювати.

Стиснення

Після того, як циліндр повністю заповнився горючою сумішшю, поршень починає поступово переміщатися від мертвої верхньої точки до нижньої мертвої точки. Клапани ще закриті. На цьому етапі тиск і температура робочої суміші стає вищою.

Робочий хід, чи розширення

Коли поршень продовжує переміщатися від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки, після етапу стиснення електрична іскра спалахує робочу суміш, яка в свою чергу моментально тухне. Так, температура і тиск газів, що знаходяться в циліндрі, відразу підвищується. При робочому ході відбувається корисна робота. На цьому етапі відбувається відкриття випускного клапана, що призводить до зниження температури та тиску.

Випуск

На четвертому півоберті в поршні відбувається переміщення від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки. Так, через відкритий випускний клапан з циліндра виходять всі продукти згоряння, які поступають в атмосферне повітря.

Принцип роботи 4-тактного дизеля

Впуск

Повітря надходить у циліндр через впускний клапан, який відкритий. Що стосується руху від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки, то воно утворюється за допомогою розрядження, яке йде разом з повітрям з очищувача повітря в циліндр. на даному етапітиск та температура знижені.

Стиснення

На другому напівобороті впускний та випускний клапани є закритими. Від НМТ до ВМТ поршень продовжує рухатися і поступово стискати повітря, яке нещодавно надійшло в порожнину циліндра. У відповідному розділі нашого сайту ви зможете знайти статтю про . У дизельного варіанта двигуна паливо спалахує в тому випадку, коли температура стисненого повітря вище температури палива, яке може спалахнути. Дизельне паливонадходить за допомогою паливного насосата проходить форсунку.

Робочий хід, чи розширення

Після процесу стиснення паливо починає змішуватися з нагрітим повітрям, таким чином відбувається спалах. На третьому півобігу підвищується тиск і температура, внаслідок чого відбувається згоряння. Потім після наближення поршня від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки тиск і температура значно знижуються.

Випуск

На цьому заключному етапі відбувається виштовхування газів, що відпрацювали з циліндра, які через відкриту випускну трубу потрапляють в атмосферу. Температура та тиск помітно знижуються. Після цього робочий цикл робить те саме.

Як працює двотактний двигун?

Двотаковий двигун має інший принцип роботи на відміну від чотиритактного. У цьому випадку горюча суміш і повітря потрапляють в циліндр на початку стиснення. Крім того, гази, що відпрацювали, виходять з циліндра в кінці ходу розширення. Всі процеси відбуваються без руху поршнів, як це робиться у чотиритактного двигуна. Для двотактного двигуна характерний процес, що називається продуванням. Тобто, у цьому випадку всі продукти згоряння видаляються із циліндра за допомогою потоку повітря або горючої суміші. Двигун такого типу обов'язково оснащений продувним насосом, компресором.

Двотактний карбюраторний двигунз кривошипно-камерним продуванням відрізняється від попереднього типу своєрідною роботою. Варто зазначити, що двотактний двигун не має клапанів, тому що їх у цьому плані замінюють поршні. Так, під час руху поршень закриває впуск і випуск, і навіть продувні вікна. За допомогою продувних вікон циліндр взаємодіє з картером, або кривошипною камерою, а також впускним та випускним трубопроводами. Щодо робочого циклу, то двигунів цього типу виділяють два такти, як можна було здогадатися вже з назви.

Стиснення

На цьому етапі поршень рухається від нижньої мертвої точки до верхньої мертвої точки. При цьому він частково закриває продувне та випускне вікна. Таким чином, у момент закриття в циліндрі відбувається стиск бензину та повітря. У цей момент відбувається розрядження, що призводить до надходження горючої суміші з карбюратора кривошипну камеру.

Робочий хід

Щодо роботи двотактного дизельного двигуна, то тут трохи інший принцип роботи. І тут у циліндр спочатку потрапляє не горюча суміш, а повітря. Після цього туди трохи розпорошується паливо. Якщо частота обертання валу та розмір циліндра дизельного агрегатуоднакові, то, з одного боку, потужність такого двигуна перевищуватиме потужність чотиритактного. Однак такий результат не завжди простежується. Так, через погане звільнення циліндра від газів, що залишилися, і неповного використання поршня потужність двигуна не перевищує 65% у кращому випадку.