Двигатель внутреннего сгорания

В статье рассматриваются поршневые четырёхтактные двигатели в основном применяемые в автмобилестроении

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)

ДВС так они называются потому, что смесь бензина и воздуха сгорает внутри двигателя.
Двигатель является источником механической энергии, приводящей автомобиль в движение.

Основа работы

В основе работы лежит движение поршня в цилиндре под действием давления газов, которые образуются при сгорании бензиновой (рабочей) смеси (пары топлива перемешанные с воздухом).

При поджоге смеси (топлива и воздуха) происходит мгновенное сгорание с выделением продуктов сгорания и мгновенное расширение (многократное увеличение объема и увеличение температуры). А если смесь поместить в замкнутый объем (цилиндр), а одну стенку сделать подвижной (поршень), то на эту стенку(на поршень) будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать стенку(поршень).
Одноцилиндровый автомобильный двигатель
Одноцилиндровый автомобильный двигатель
1 — цилиндр;
2 — поршень;
3 — шатун;
4 — коленчатый вал (коленвал)

Работа двигателя внутреннего сгорания

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Поршень четыре раза пройдет по цилиндру (два раза вверх и два раза вниз). Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней (нижняя мертвая точка далее НМТ) или верхней точке (верхняя мертвая точка далее ВМТ) .

Первый такт или впускной, начинается с ВМТ. Двигаясь вниз, поршень всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска.
Следующий – такт сжатия. После того как поршень достиг НМТ, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска.
Такт рабочий, начинается с ВМТ. Именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в срабатывает система зажигания, которая поджигает рабочую смесь.
Последний такт выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан.
После процесс повторяется циклически.
В конкретный момент времени только в одном цилиндре совершается полезная работа (рабочий ход), в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Коленчатый вал передает вращение на маховик и далее к колесам автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания анимация

Устройство двигателя внутреннего сгорания

По схеме расположения поршней относительно друг друга ДВС бывают (фотографии с сайта http://www.exist.ru):

Двигатель с линейным расположением поршней анимированный
Двигатель с линейным расположением поршней — Цилиндры расположены линейно в один ряд
V Образный двигатель анимированный
V-образный двигатель — Цилиндры расположены линейно в два ряда под углом друг к другу
Двигатель с оппозитным расположением поршней анимированный
Двигатель с оппозитным расположением поршней — Цилиндры расположены линейно в два ряда с противоположных сторон двигателя

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в ДВС, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Бензиновые двигатели, в отличие от дизельных собратьев более «быстроходные», но и менее экономичные.
Бензиновые автомобильные двигатели бывают:
Карбюраторный двигатель — воздух и пары топлива смешиваются в специальном устройстве — карбюраторе, оттуда смесь поступает в цилиндр, где воспламеняется свечой зажигания.Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.
Инжекторный двигатель — способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор).

Дизельный двигатель — характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. В разогретый в цилиндре воздух от адиабатического сжатия (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. Дизельные двигатели являются менее «быстроходными» и характеризуются большим крутящим моментом на валу.

Двигатель КамАЗ-740 (поперечный разрез)

Двигатель КамАЗ-740 (поперечный разрез)

Свеча зажигания подает искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, что обеспечивает процесс сгорания в строго определенный момент(инжекторный или карбюраторный двигатель).

Впускной и выпускной клапаны открываются в определенный момент для впуска топлива и/или воздуха и выпуска продуктов сгорания (выхлопа).

Поршень — это деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу.

Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешней кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра. Используются для препятствия попаданию топливно-воздушной смеси в картер из камеры сгорания в процессе такта сжатия и рабочего такта и они препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания (где оно может сгореть).

Шату́н — деталь, соединяющая поршень (посредством поршневого пальца) и шатунную шейку коленчатого вала. Служит для передачи возвратно-поступательных движений поршня к коленчатому валу или колёсам для преобразования во вращательное движение.

Коленвал  — деталь сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент. Составная часть кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

Кривошипно-шатунный механизм КамАЗ

Кривошипно-шатунный механизм КамАЗ

 Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм управления фазами газораспределения ДВС.

Газораспределительный механизм КамАЗ

Газораспределительный механизм КамАЗ

Комментирование закрыто