Устройство, принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Автомобиль состоит из внушительного количества взаимосвязанных механизмов, узлов и систем. Преобладающее большинство из них устроено достаточно непросто. Однако исключением может стать двигатель авто. Он является одним из самых важных устройств, от работы которого зависят большинство систем машины.

Двигатель внутреннего сгорания - агрегат с относительно простой конструкцией. Именно он производит необходимую для движения авто механическую энергию. Для этой цели используется топливо - горючее вещество, которое имеет “скрытую” энергию, характеризующуюся энтальпией. Эта величина определяет количество высвобождаемой энергии вещества при теплообмене. Путем несложных преобразований - за счет движения поршней она становится механической, и позволяет выполнить работу. В данном случае - совершать перемещение автомобиля. Чем интенсивнее будет высвобождаться при сгорании энергия топлива тем выше будет скорость.

Принцип работы устройства

Чтобы понять, как устроен двигатель, и каков принцип его работы, достаточно рассмотреть одноцилиндровый поршневой ДВС (Рис.1).

Рис.1 - устройство простейшего одноцилиндрового ДВС

Основная роль в работе двигателя отводится таким элементам, как поршень 3 и цилиндр 2. Топливо подготавливается и под давлением подводится в цилиндр через впускной клапан 13. Сюда же подается воздух, необходимый для горения, и перемешивается с топливом до образования смеси. В зависимости от типа двигателя возгорание провоцируется принудительным способом - электрической искрой от генератора, или возникает самостоятельно, при смешивании сжатого топлива с воздухом. В данном случае используется электрическая искра от свечи зажигания 14.

Когда горючая смесь зажигается, происходит ее тепловое расширение. Во время этого процесса начинается движение поршня. Пространство, которое образуется между головкой цилиндра и поршнем, называется камерой. Топливо сгорает в ней, и образует газы под высоким давлением, которые воздействуют на поршень. Он свою очередь начинает вращать шатун 6, соединенный с коленвалом 7, от которого вращательная энергия передается трансмиссии авто. Чтобы вал вращался равномерно, в схеме присутствует маховик 8 и кривошипный механизм 9. Вся работа производится циклически, с определенным периодом во времени.

Горючее и воздух поступают в цилиндр через клапаны, которые размещены на его головке 1. Впуск-выпуск осуществляется через механическое воздействие передаточных деталей - кулачков 11 распределительного вала 10 на рычаг 12. Распредвал приходит в движение от вращений шестерень коленвала, таким образом, процесс повторяется циклически. За подачу в систему воздуха и отвода из нее уже отработавших газов отвечает газораспределительный механизм. Для нагнетания давления в камере, а также для удобного отвода масла из нее используются поршневые кольца 4. Чтобы соединить шатун с поршнем не жестко, а сохраняя при этом подвижность детали, в схеме применяется поршневой палец 5.

Рис.2 Крайние положения поршня в цилиндре

Подавляющее большинство двигателей, которые используются в конструкции автотранспортных средств - 4-х тактные. Тактом принято называть процесс, который протекает во время перехода поршня из одной крайней точки к другой - им может быть впуск вещества, его сжатие, непосредственно сам рабочий ход (Рис.2), а также выпуск. Максимальные точки, которых достигает поршень во время своего хода, называются нижней и верхней мертвыми точками. Во время такого перемещения в цилиндре освобождается определенный объем. Его называют рабочим объемом.

Количество цилиндров в двигателе автомобиля зачастую может варьироваться от 4 до 12. Существуют также модели авто, где их больше 12. Зачастую производители стремятся сократить количество этих элементов до минимума за счет оснащения авто мощными турбинами, а также внедряя новые современные технологии.

Подавляющее большинство двигателей, которые используются в конструкции автотранспортных средств - 4-х тактные. Тактом принято называть процесс, который протекает во время перехода поршня из одной крайней точки к другой - им может быть впуск вещества, его сжатие, непосредственно сам рабочий ход, а также выпуск. Максимальные точки, которых достигает поршень во время своего хода, называются нижней и верхней мертвыми точками. Во время такого перемещения в цилиндре освобождается определенный объем. Его называют рабочим объемом.

Для нормальной и бесперебойной работы двигателя необходимо, чтобы топливо поступало либо в ровно отмеренных количествах строго в определенные промежутки времени (дизельные ДВС), либо в нужных пропорциях (бензиновые ДВС).

Типы двигателей, классификация

Двигатели внутреннего сгорания автотранспортных средств могут различаться по целому ряду признаков. Основными из них являются:

Вид топлива, который используется для работы двигателя: газ, бензин, дизтопливо;
Конструктивные особенности: расположение цилиндров может быть рядным или V-образным;
Вид смесеобразования в двигателе: внешнее, которое характерно для газовых, инжекторных, карбюраторных ДВС либо внутреннее, используемое в дизельных ДВС;
Тип возгорания рабочей смеси - принудительное, как в инжекторных и карбюраторных двигателях, или самопроизвольное в дизельных ДВС (во время сжатия воздуха);
Охлаждение агрегата - воздушное или жидкостное;
Количество тактов двигателя.

Бензиновые двигатели - одни из самых распространенных ДВС для автомобилей. Воздушно-бензиновая горючая смесь в таких двигателях подготавливается инжекторными или карбюраторными системы - она сжимается до нужного давления, а затем принудительно поджигается электрической искрой от зажигания.

Газовые двигатели потребляют в качестве топлива сжиженный или сжатый природный газ. Потребность в этих ДВС возросла с появлением жестких требований к снижению вредных выбросов в окружающую среду. Кроме этого, распространение таких двигателей обусловлено сравнительно низкой стоимостью топлива. Принцип действия устройства аналогичен бензиновым ДВС, только в данном случае пропано-бутановый газ смешивается с воздухом, а затем попадает в редуктор.

Дизельные двигатели работают на дизтопливе. В отличие от бензиновых ДВС они не имеют системы зажигания, потому что топливная смесь в цилиндрах способна зажигаться самостоятельно. Здесь горючее и воздух подготавливаются и подаются отдельно - топливо сжимается до нужного давления и температуры, а затем поступает воздух, который провоцирует возгорание смеси.

ДВС получили свое распространение благодаря простоте конструкции и экономичности. Эти устройства выгодны как потребителю, так и производителям - поршневые двигатели удобны в эксплуатации, их относительно легко изготавливать серийно, как и детали для технического обслуживания и ремонта данного оборудования.