Рабочие циклы двигателя и принцип работы устройства

Двигатель внутреннего сгорания - основа большинства конструкций современных автомобилей. Благодаря этому агрегату транспортное средство может перемещаться, выполнять большинство своих функций. Устройство ДВС достаточно простое, и основывается на одном из базовых физико-химических процессов - тепловом расширении газов во время того, как смесь нагревается.

В зависимости от типа топлива, которое используется в цикле работы двигателя, их разделяют на бензиновые, дизельные, газовые.

Общие принципы работы четырехтактного двигателя

Последовательные процессы, которые повторяются в цилиндрах двигателей, называются циклами его работы. Зачастую в автомобилестроении применяются четырехтактные двигатели.

Рис. 1 Четырехтактный цикл ДВС

На рис. 1 воспроизводится последовательность тактов устройства, чей рабочий цикл состоит из 4 ходов поршня:

• Впуск - во время этого процесса в двигатель впрыскивается топливо, а также подводится предварительно подготовленный воздух. Поршень начинает движение, впуская внутрь цилиндра рабочую смесь.
• Сжатие - рабочая смесь под давлением нагревается. Таким образом она готовится к воспламенению. В бензиновых двигателях смесь загорается от электрического разряда, в дизельных - самопроизвольно после подачи топлива в камеру к сжатому воздуху.
• Рабочий ход - после того, как топливо воспламеняется, происходит тепловое расширение смеси, которая воздействует на поршень. Он перемещается в цилиндре от одной крайней точки к другой. Их обозначают как нижняя и верхняя мертвые точки (НМТ и ВМТ).
• Выпуск - возвращаясь в исходную точку после рабочего хода, поршень задействует вспомогательные механизмы, которые отодвигают соответствующие заслонки для отвода отработанной смеси.

В зависимости от типа топлива, которое используется, принцип действия устройства может несколько различаться.

Принцип работы бензинового двигателя

Во время впуска начинается движение поршня внутри цилиндра и закрываются клапаны, отвечающие за выпуск газов. При этом открываются впускные клапаны, впрыскивается бензин и подается воздух, нагнетаемый перемещением поршня от верхней точки к нижней. Вещества перемешиваются между собой и остаточными газами. Так образуется необходимая горючая смесь.

После этого наступает следующий этап - сжатие. Клапаны закрываются, а коленвал вращает поршень, который поступательно перемещается уже от нижней точки к верхней. Смесь сжимается, и ее температура растет соответственно степени сжатия.

На этапе расширения смеси она воспламеняется от электрического разряда. Начинается интенсивное и быстрое горение с большим выделением тепла. Резко увеличивается давление смеси на поршень, который начинает перемещаться от верхней точки к нижней. Также он воздействует на кривошипно-шатунный механизм, связанный с коленвалом. Когда интенсивность горения находится на спаде, открывается клапан, который отвечает за отвод газов.

На конечном этапе цикла, выпуске, отработанная смесь отходит из цилиндра под воздействием поршня, который перемещается от нижней до верхней точки.

Как работает дизельный четырехтактный двигатель

Принципиальное отличие дизеля от бензинового двигателя - способ образования горючей смеси. При впуске в рабочую камеру здесь поступает только подготовленный воздух под давлением, который при сжатии нагревается. На этом этапе подводится и впрыскивается дизельное топливо, и смесь самопроизвольно воспламеняется.

Смесь сгорает в цилиндре, провоцируя значительное повышение давления в камере. Во время теплового расширения поршень перемещается от верхней точки к нижней, задействуя кривошипный механизм, который вращает шатун. После уменьшения интенсивности горения производится выпуск отработанных газов, а затем цикл повторяется снова.

Многоцилиндровые двигатели и принцип их работы

Чтобы обеспечить необходимую мощность авто, производители используют конструкции двигателей с несколькими цилиндрами. Для обеспечения равномерной и бесперебойной работы их располагают определенный образом - V-образным способом или рядным, чтобы такты чередовались определенным образом. Это позволяет обеспечить равные углы поворота коленвала, а значит, стабильную работу во времени.

Большинство современных двигателей работает в следующих последовательностях - 1-2-4-3 или 1-3-4-2. Схему такой работы можно увидеть на рис.2.

Рис.2 Последовательность работы цилиндров во многоцилиндровом ДВС

Главный принцип, который соблюдается при расположении цилиндров в двигателе - добиться максимальной плавности работы при высоких показателях мощности. Поэтому такты при V-образном или рядном расположении чередуются с наименьшей задержкой во времени.