Двигун автомобіля може виглядати як велика заплутана мішанина металевих частин, трубок і проводів для непосвячених. У той же час двигун - це "серце" майже будь-якого автомобіля - 95% всіх машин працюють на двигуні внутрішнього згоряння.

У цій статті ми обговоримо роботу двигуна внутрішнього згоряння: його загальний принцип, вивчимо конкретні елементи і фази роботи двигуна, дізнаємося, як саме потенційна палива перетворюється на обертальну силу, і постараємося відповісти на наступні питання: як працює двигун внутрішнього згоряння, які бувають двигуни і їх типи і що означають ті чи інші параметри і характеристики двигуна? І, як завжди, все це просто і доступно, як двічі два.

Головна мета бензинового двигуна автомобіля полягає в перетворенні бензину в рух, щоб Ваш автомобіль міг рухатися. В даний час найпростіший спосіб створити рух від бензину - це просто спалити його всередині двигуна. Таким чином, автомобільний "движок" є двигуном внутрішнього згоряння - тобто згоряння бензину відбувається усередині нього.

існують різні видидвигунів внутрішнього згоряння. Дизельні двигуни є однією з форм, а газотурбінні - зовсім інший. Кожен з них має свої переваги і недоліки.

Ну, як Ви помітите, раз існує двигун внутрішнього згоряння, то повинен існувати і двигун зовнішнього згоряння. Паровий двигун в старомодних поїздах і пароплавах якраз таки і є найкращим прикладом двигуна зовнішнього згоряння. Паливо (вугілля, дерево, олія, будь-яке інше) в паровій машині горить поза двигуном для створення пари, і пар створює рух всередині двигуна. Зрозуміло, двигун внутрішнього згоряння є набагато більш ефективним (як мінімум споживає набагато менше палива на кілометр шляху автомобіля), ніж зовнішнього згоряння, крім того, двигун внутрішнього згоряння набагато менше за розмірами, ніж еквівалентний по потужності двигун зовнішнього згоряння. Це пояснює, чому ми не бачимо жодного автомобіля, схожого на паровоз.

А тепер давайте подивимося більш детально, як же працює двигун внутрішнього згоряння.

Давайте розглянемо принцип, що лежить в будь-якому зворотно-поступальному русі двигуна внутрішнього згоряння: якщо Ви помістіть невелику кількість високоенергічних палива (наприклад, бензину) в невелике закрите простір і запалить його (це паливо), то виділиться неймовірну кількість енергії у вигляді газу, що розширюється. Ви можете використовувати цю енергію, наприклад, для приведення в рух картоплини. У цьому випадку енергія перетворюється в рух цієї картоплини. Наприклад, якщо Ви в трубу, у якій один кінець щільно закритий, а другий - відкритий, наллє трохи бензину, а потім засунете картоплину і підпалить бензин, то його вибух спровокує приведення в рух цієї картоплини за рахунок видавлювання її вибухає бензином, таким чином, картоплина підлетить високо в небо, якщо Ви направите трубу вгору. Це ми коротко описали принцип дії старовинної гармати. Але Ви також можете використовувати таку енергію бензину в більш цікавих цілях. Наприклад, якщо Ви можете створити цикл вибухів бензину в сотні разів за хвилину, і якщо Ви зможете використовувати цю енергію в корисних цілях, то знайте, що у Вас вже є ядро ​​для двигуна автомобіля!

Майже всі автомобілі в даний час використовують те, що називається чотиритактним циклом згоряннядля перетворення бензину в рух. Чотиритактний цикл також відомий як цикл Отто - на честь Миколи Отто, який винайшов його в 1867 році. Отже, ось вони, ці 4 такту роботи двигуна:

1. Такт впуску палива
2. Такт стиснення палива
3. Такт згоряння палива
4. Такт випуску відпрацьованих газів

Начебто вже все зрозуміло з цього, чи не так? Ви можете побачити нижче на малюнку, що елемент, який називається поршень, замінює картоплю в описаній нами раніше "картопляної гарматі". Поршень з'єднаний з колінчастим валом за допомогою шатуна. Тільки не лякайтеся нових термінів - їх, насправді не так багато в принципі роботи двигуна!

На малюнку буквами позначені наступні елементи двигуна:

A - Розподільчий вал
B - Кришка клапанів
C - Випускний клапан
D - вихлопні отвори
E - Головка циліндра
F - Порожнина для охолоджуючої рідини
G - Блок двигуна
H - клоака
I - Піддон двигуна
J - Свічка запалювання
K - Впускний клапан
L - Впускний отвір
M - Поршень
N - Шатун
O - Підшипник шатуна
P - Колінчастий вал

Ось що відбувається, коли двигун проходить свій повний чотиритактний цикл:

1. Початкове положення поршня - в самому верху, в цей момент відкривається впускний клапан, і поршень рухається вниз, таким чином, засмоктуючи в циліндр приготовлену суміш бензину і повітря. Це такт впуску. Всього лише крихітна крапля бензину повинна змішатися з повітрям, щоб все це працювало.
2. Коли поршень досягає своєї нижньої точки, То впускний клапан закривається, а поршень починає переміщатися назад вгору (бензин виявляється в "пастці"), стискаючи цю суміш з палива та повітря. Стиснення згодом зробить вибух могутніше.
3. Коли поршень досягає верхньої точки свого ходу, свічка запалювання випускає іскру, породжену напругою понад десятка тисяч Вольт, щоб запалити бензин. Відбувається детонація, і бензин в циліндрі вибухає, з неймовірною силоюштовхаючи поршень вниз.
4. Після того, як поршень знову досягає дна свого ходу, настає черга відкриватися випускного клапану. Потім поршень рухається вгору (це відбувається вже за інерцією) і відпрацювала суміш бензину і повітря виходить через вихлопний отвір з циліндра, щоб відправитися в свою подорож до вихлопної труби і далі в верхні шари атмосфери.

Тепер, коли клапан знову в самому верху, двигун готовий до наступного циклу, так що він всмоктує наступну порцію суміші повітря і бензину, щоб ще сильніше розкрутити колінчастий вал, який, власне і передає своє кручення далі через трансмісію до коліс. Тепер подивіться нижче, як працює двигун у всіх своїх чотирьох тактах.

Більш наочно роботу двигуна внутрішнього згоряння Ви можете побачити на двох анімаціях нижче:

Як працює двигун - анімація

Зверніть увагу, що рух, який створюється роботою двигуна внутрішнього згоряння, є обертанням, в той час як рух, що створюється "картопляної гарматою", є лінійним (прямим). У двигуні лінійне рух поршнів перетворюється в обертальний рух колінчастого вала. Обертальний рух нам потрібно, тому що ми плануємо повернути наші колеса автомобіля.

Тепер давайте подивимося на всі частини, які працюють разом в дружній команді, щоб це відбулося, починаючи з циліндрів!

Ядром двигуна є циліндр з поршнем, який рухається вгору і вниз всередині циліндра. Двигун, описаний вище, має один циліндр. Здавалося б, що ще потрібно для автомобіля ?! А ось і ні, автомобілю для комфортної їзди на ньому потрібні щонайменше ще 3 таких циліндра з поршнями і всіма необхідними цієї парочці атрибутами (клапанами, шатунами і так далі), а ось один циліндр підійде хіба що для більшості газонокосарок. Подивіться - нижче на анімації Ви побачите роботу 4-хціліндрового двигуна:

типи двигунів

Автомобілі найчастіше мають чотири, шість, вісім і навіть десять, дванадцять і шістнадцять циліндрів (останні три варіанти встановлюють, в основному на спортивні автомобілі і боліди). У багатоциліндрові двигуні все циліндри, як правило, розташовані одним з трьох способів:

• рядний
• V-подібний
• опозитний

Ось вони - всі три типи розташування циліндрів в двигуні:

Послідовне розташування 4-х циліндрів

Оппозітноє розташування 4-х циліндрів

V-подібне розташування 6 циліндрів

Різні конфігурації мають різні переваги і недоліки з точки зору вібрації, вартості виробництва і характеристик форми. Ці переваги і недоліки роблять їх більш придатними для використання деяких конкретних транспортних засобів. Так, 4-хціліндровие двигуни рідко має сенс робити V-подібними, таким чином, вони зазвичай рядні; а 8-циліндрові двигуни роблять частіше з V-подібним розташуванням циліндрів.

Тепер давайте наочно подивимося, як працює система уприскування палива, масло та інші вузли в двигуні:

Давайте розглянемо деякі ключові деталі двигуна більш докладно:

А тепер увага! На основі всього прочитаного подивимося на повний цикл роботи двигуна з усіма його елементами:

Повний цикл роботи двигуна

Чому двигун не працює?

Припустимо, Ви виходите вранці до машини і починаєте її заводити, але вона не заводиться. Що може бути не так? Тепер, коли Ви знаєте, як працює двигун, можна зрозуміти основні речі, які можуть перешкодити двигуну завестися. Три фундаментальні речі можуть трапитися:

• Погана паливна суміш
• відсутність стиснення
• відсутність іскри

Так, є ще тисячі незначних речей, які можуть створити проблеми, але зазначена "велика трійка" є найчастіше наслідком або причиною однієї з них. На основі простого уявлення про роботу двигуна ми можемо скласти короткий списоктого, як ці проблеми впливають на двигун.

Погана паливна суміш може бути наслідком однієї з причин:

• У Вас просто закінчився в баку бензин, і двигун намагається завестися від повітря.
• Повітрозабірник може бути забитий, тому в двигун надходить паливо, але йому не вистачає повітря, щоб здетонувати.
• Паливна система може поставляти занадто багато або занадто мало палива в суміш, а це означає, що горіння не відбувається належним чином.
• У паливі можуть бути домішки (а для російського якості бензину це особливо актуально), які заважають палива повноцінно горіти.

Відсутність стиснення - якщо заряд повітря і палива не можуть бути стиснуті належним чином, процес згоряння не буде працювати як слід. Відсутність стиснення може відбуватися з таких причин:

• Поршневі кільця зношені (дозволяючи повітрю і палива текти мимо поршня при стисканні)
• Впускні або випускні клапани не герметизуються належним чином, знову відкриваючи текти під час стиснення
• З'явилося отвір в циліндрі.

Відсутність іскри може бути по ряду причин:

• Якщо свічки запалювання або провід, що йде до них, зношені, іскра буде слабкою.
• Якщо провід пошкодився або просто відсутня або якщо система, яка посилає іскру по дроту, не працює належним чином.
• Якщо іскра відбувається або занадто рано або занадто пізно в циклі, паливо не буде запалено в потрібний час, І це може викликати всілякі проблеми.

І ось ще ряд причин, за якими двигун може не працювати, і тут ми торкнемося деякі деталі за межами двигуна:

• Якщо акумулятор мертвий, Ви не зможете прокрутити двигун, щоб запустити його.
• Якщо підшипники, які дозволяють колінчастого валу вільно обертатися, зношені, колінчастий вал не зможе провернутися, тому двигун не зможе працювати.
• Якщо клапани не відкриваються і не закриваються в потрібний час або не працюють взагалі, повітря не зможе увійти, а вихлопи - вийти, тому двигун знову-таки не зможе працювати.
• Якщо хтось із хуліганських спонукань засунув картоплю в вихлопну трубу, випускні гази не зможуть вийти з циліндра, і двигун знову не працюватиме.
• Якщо в двигуні недостатньо масла, то поршень не зможе рухатися вгору і вниз вільно в циліндрі, що утруднить чи унеможливить нормальну роботу двигуна.

В правильно працюючому двигуні всі ці фактори знаходяться в межах допуску. Як Ви можете бачити, двигун має ряд систем, які допомагають йому зробити свою роботу перетворення палива в рух бездоганною. Ми ж розглянемо різні підсистеми, які використовуються в двигунах, в наступних розділах.

Більшість підсистем двигуна може бути реалізована з використанням різних технологій, і кращі технології можуть значно підвищити продуктивність двигуна. Ось чому розвиток автомобілебудування триває високими темпами, адже конкуренція серед автоконцернів досить велика, щоб вкладати великі гроші в кожну додатково вичавлену кінську силу з двигуна при тому ж обсязі. Давайте подивимося на різні підсистеми, які використовуються в сучасних двигунах, починаючи з роботи клапанів в двигуні.

Як працюють клапани?

Система клапанів складається з, власне, клапанів та механізму, який відкриває і закриває їх. Система відкриття і закриття їх називається розподільним валом. Розподільчий вал має спеціальні деталі на своїй осі, які рухають клапани вгору і вниз, як показано на малюнку нижче.

Більшість сучасних двигунів мають те, що називають накладними кулачками. Це означає, що вал розташований над клапанами, як Ви бачите на малюнку. Старі двигуни використовують розподільний вал, розташований в картері біля колінчастого вала. Розподільчий вал, крутись, рухає кулачок виступом вниз таким чином, щоб він продавлював клапан вниз, створюючи зазор для проходу палива або випуску відпрацьованих газів. Ремінь ГРМ або ланцюгової привід приводиться в рух колінчастим валом і передає крутіння від нього до розподільного валу так, що клапани знаходяться в синхронізації з поршнями. Розподільчий вал завжди крутиться в один-два рази повільніше колінчастого вала. Багато високопродуктивних двигуни мають чотири клапани на циліндр (два для прийому палива всередину і два для витяжки відпрацювала суміші).

Як працює система запалювання?

Система запалювання виробляє заряд високої напругиі передає його до свічок запалювання за допомогою проводів запалювання. Заряд спочатку проходить до котушки запалювання (такого собі дистриб'ютору, який розподіляє подачу іскри по циліндрах в певний час), Яку Ви можете легко знайти під капотом більшості автомобілів. Котушка запалювання має один провід, що йде в центрі і чотири, шість, вісім проводів або більше в залежності від кількості циліндрів, які виходять з нього. Ці дроти запалювання відправляють заряд до кожної свічці запалювання. Двигун отримує таку іскру за часом таким чином, що тільки один циліндр отримує іскру від розподільника в один момент часу. Такий підхід забезпечує максимальну гладкість роботи двигуна.

Як працює охолодження?

Система охолодження в більшості автомобілів складається з радіатора і водяного насоса. Вода циркулює через проходи (канали) навколо циліндрів, а потім проходить через радіатор, щоб той її максимально охолодив. Однак, існують такі моделі автомобілів (в першу чергу Volkswagen Beetle (Жук)), а також більшість мотоциклів і газонокосарок, які мають двигун з повітряним охолодженням. Ви ймовірно, бачив такі двигуни з повітряним охолодженням, збоку яких розташовані такі собі плавники - ребриста поверхня, що прикрашають зовні кожен циліндр, щоб допомогти розсіяти тепло.

Повітряне охолодження робить двигун легше, але гаряче, і як правило, зменшується термін служби двигуна і загальна продуктивність. Так що тепер Ви знаєте, як і чому Ваш двигун залишається не перегріта.

Як працює пускова система?

Підвищення продуктивності Вашого двигуна є великою справою, але важливіше те, що саме відбувається, коли Ви повертаєте ключ, щоб запустити його! Пускова система складається з стартера з електродвигуном. Коли Ви повертаєте ключ запалювання, стартер крутить двигун на кілька оборотів, щоб процес горіння почав свою роботу, і зупинити його зміг тільки поворот ключа в зворотний бік, Коли перестає подаватися іскра в циліндри, і двигун, таким чином, глухне.

Стартер ж має потужний електродвигун, що обертає холодний двигун внутрішнього згоряння. Стартер - це завжди досить потужний і, отже, "їсть" ресурси акумулятора двигун, адже повинен подолати:

• Все внутрішнє тертя, викликане поршневими кільцямиі посилюється холодним непрогрітим маслом.
• Тиск стиснення будь-якого циліндра (циліндрів), яке відбувається в процесі такту стиснення.
• Опір, який чиниться відкриттям і закриттям клапанів розподільчим валом.
• Всі інші процеси, безпосередньо пов'язані з двигуном, в тому числі опір водяного насоса, масляного насоса, генератора і т.д.

Ми бачимо, що стартеру необхідно дуже багато енергії. Автомобіль найчастіше використовує 12-вольтів електричну систему, і сотні ампер електрики повинні надходити в стартер.

Як працює уприскування і мастильна система?

Коли справа доходить щоденного обслуговування автомобіля, Ваша перша турбота, ймовірно, полягає в перевірці кількості бензину в Вашому автомобілі. А як бензин потрапляє з паливного бака в циліндри? Паливна система двигуна висмоктує бензин з бака за допомогою паливного насоса, який знаходиться в баку, і змішує його з повітрям так, щоб належна суміш повітря і палива могла протікати в циліндри. Паливо поставляється в одному з трьох поширених способів: карбюратор, впорскування палива і система безпосереднього впорскування палива.

Карбюратори на сьогоднішній день сильно застаріли, і їх не поміщають в нові моделі автомобілів. У инжекторном двигуні потрібну кількість палива впорскується індивідуально в кожен циліндр або прямо в впускний клапан (впорскування палива) або безпосередньо в циліндр (безпосереднє уприскування палива).

Масло також грає важливу роль. Ідеально і правильно змазана система гарантує, що кожна рухома частина в двигуні отримує масло так, що вона може легко переміщатися. Дві головні частини, які потребують олії - це поршень (а, точніше, його кільця) і будь-які підшипники, які дозволяють таким елементам, як колінчастий і інші вали, вільно обертатися. У більшості автомобілів масло всмоктується з масляного піддону масляним насосом, Проходить через масляний фільтр для видалення частинок бруду, а потім бризкається під високим тиском на підшипники і стінки циліндра. Потім масло стікає в відстійник, де знову збирається, і цикл повторюється.

Система випуску відпрацьованих газів

Тепер, коли ми знаємо про ряд речей, які ми поклали (налили) в свій автомобіль, давайте подивимося на інші речі, які виходять з нього. Система випуску включає в себе вихлопну трубу і глушник. Без глушника Ви б почули звук тисяч маленьких вибухів зі своєї вихлопної труби. Глушник гасить звук. Вихлопна система також включає в себе каталітичний нейтралізатор, який використовує каталізатор і кисень, щоб спалити все невикористане паливо і деякі інші хімічні речовин в вихлопних газах. Таким чином, Ваш автомобіль відповідає певним євростандартам за рівнем забруднення повітря.

Що ще є, крім усього перерахованого вище в автомобілі? Електрична система складається з акумулятора і генератора. Генератор підключений до двигуна ременем і виробляє електроенергію для зарядки акумулятора. Акумулятор видає 12-вольта заряд електричної енергії, доступної до всього в машині, що потребує електроенергії (системі запалювання, магнітоли, фарам, склоочисника, електричним склопідйомниками, приводу сидінь, бортовому комп'ютеру і ще безлічі пристроїв) за допомогою проводки автомобіля.

Двигун внутрішнього згоряння на рідкому паливі, розроблений і вперше застосований на практиці в другій половині 19-го століття, був другим в історії, після парового двигуна, прикладом створення агрегату, що перетворює енергію в корисну роботу. Без цього винаходу неможливо собі уявити сучасну цивілізацію, Адже транспортні засоби з ДВС різного типу широко задіяні в будь-якій галузі, що забезпечує існування людини.

Транспорт, що приводиться в дію двигуном внутрішнього згоряння, відіграє вирішальну роль в набуває все більшого і більшого значення на тлі глобалізаційних процесів всесвітньої логістичній системі.

Всі сучасні транспортні засоби можна розділити на три великі групи, в залежності від типу використовуваного двигуна. Перша група ТС використовує електродвигуни. Сюди входять і звичний міський громадський транспорт - тролейбуси і трамваї, і електропоїзди з електромобілями, і величезні судна і кораблі, що використовують атомну енергію - адже і сучасні криголами, і атомні субмарини, і авіаносці країн НАТО використовують електродвигуни. Друга група - це техніка, оснащена реактивними двигунами.

Зрозуміло, такий тип двигунів використовується переважно в авіації. Найбільш численною, звичним життям і значущою є третя група транспортних засобів, яка використовує двигуни внутрішнього згоряння. Це - найбільша і за кількістю, і за різноманітністю, і за впливом на господарське життя людини група. Принцип роботи ДВС однаковий для будь-яких транспортних засобів, оснащених таким двигуном. У чому він полягає?

Як відомо, енергія не береться нізвідки і не йде в нікуди. Принцип роботи двигуна автомобіля в повній мірі ґрунтується на цьому постулаті закону збереження енергії.

Максимально узагальнено можна сказати, що для виконання корисної роботи використовується енергія молекулярних зв'язків рідкого палива, що спалюється в процесі роботи двигуна.

Поширенню ДВС на рідкому паливі сприяли кілька унікальних властивостей самого палива. це:

• висока потенційна енергія молекулярних зв'язків використовуються як паливо суміші легких вуглеводнів «наприклад, бензину»
• досить простий і безпечний, в порівнянні, наприклад, з атомною енергією, спосіб її вивільнення
• відносна поширеність легких вуглеводнів на нашій планеті
• природне агрегатний стан такого палива, що дозволяє зручно зберігати і транспортувати його.

Ще одним дуже важливим фактором є те, що в якості окислювача, необхідного для процесу вивільнення енергії, виступає кисень, їх якого більш ніж на 20 відсотків складається атмосфера. Це позбавляє від необхідності возити не тільки запас палива, але і запас каталізатора.

В ідеальному випадку вступити в реакцію повинні все молекули певного обсягу палива і все молекули певного обсягу кисню. Для бензину ці показники співвідносяться як 1 до 14,7, тобто, для згоряння кілограма палива необхідно майже 15 кг кисню. Однак такий процес, званий стехиометрическим, на практиці не реалізовується. Насправді завжди залишається якась частина палива, що не з'єднала з киснем під час протікання реакції.

Більш того, для певних режимів роботи ДВС стехіометрії навіть шкідлива.

Тепер, коли хімічні процес в загальних рисах зрозумілі, варто розглянути механіку процесу перетворення енергії палива в корисну роботу, на прикладі чотиритактного ДВС, що працює по так званому циклу Отто.

Найбільш відомим і, що називається, класичним циклом роботу є запатентований ще в 1876 році Николаусом Отто процес роботи двигуна, що складається з чотирьох частин. «Тактів, звідси і четриехтактние ДВС». Перший такт - створення поршнем розрідження в циліндрі власним переміщенням під впливом ваги. В результаті циліндр заповнюється сумішшю кисню і парів бензину «природа не терпить порожнечі». Що продовжує рух поршень здавлює суміш - отримуємо другий такт. На третьому такті суміш запалюється «Отто застосовував звичайну горілку, зараз за це відповідальна свічка запалювання».

Займання суміші створює виділення великої кількості газу, який тисне на поршень і змушує його підніматися - виконувати корисну роботу. Четвертий такт - відкриття випускного клапана і витіснення продуктів згоряння повертаються поршнем.

Таким чином, тільки запуск двигуна вимагає впливу ззовні - прокручування клонували, сполученого з поршнем. Зараз це робиться за допомогою сили електрики, а на перших автомобілях колінвал доводилося провертати вручну «цей же принцип використовується і в автомобілях, в яких передбачено примусовий ручний пуск двигуна».

З часу випуску перших автомобілів чимало інженерів намагалися винайти новий цикл роботи ДВС. Спочатку це було пов'язано з дією патенту, яке багатьом хотілося обійти.

В результаті вже на початку минулого століття був створений цикл Аткінсона, який змінив конструкцію двигуна таким чином, щоб всі рухи поршня відбувалися за один оборот коленвала. Це дозволило підвищити ККД двигуна, але зменшило його потужність. Крім того, двигун, що працює за таким циклу, не потребує окремому розподільчому валі і редукторі. Однак цей двигун не набув поширення через зниження потужності агрегату і досить складної конструкції.

Замість нього на сучасних атвомобіль часто використовується цикл Міллера.

Якщо Аткінсон зменшив такт стиснення, збільшивши ККД, але добряче ускладнивши роботу двигуна, то Міллер запропонував зменшити такт впуску. Це дозволило знизити фактичний час стиснення суміші без зменшення її геометричного стиснення. Таким чином, ККД кожного циклу роботи ДВС збільшується, за рахунок чого знижується витрата палива, що спалюється «даремно».

Однак більшість двигунів працюють по циклу Отто, так що більш докладно необхідно розглянути саме його.

Навіть найбільш простий варіант ДВС включає чотирнадцять найважливіших елементів, необхідних для його роботи. Кожен елемент має певні функції.

Так, циліндр виконує двояку роль - в ньому відбувається активація повітряної суміші і рухається поршень. У частині, званої камерою згоряння, встановлена ​​свічка, і два клапана, один з яких перекриває надходження палива, інший - випуск відпрацьованих газів.

Свічка - пристрій, що забезпечує підпал суміші з необхідною циклічністю. По суті, являє собою пристрій для отримання досить потужної електричної дуги на короткий проміжок часу.

Поршень переміщається в циліндрі під дією розширюються газів або від впливу клонували, переданого через кривошипно-шатунний механізм. У першому випадку поршень перетворює енергію згоряння палива в механічну роботу, у другому - стискає суміш для кращого займання або створює тиск для видалення відпрацьованих залишків суміші з циліндра.

Кривошипно-шатунний механізм передає момент від поршня до валу і навпаки. Колінчастий вал завдяки своїй конструкції перетворює поступальний «вгору-вниз» рух поршня в обертальний.

Впускний канал, в якому розташовується впускний клапан, забезпечує потрапляння суміші в циліндр. Клапан забезпечує циклічність надходження суміші.

Випускний клапан, відповідно, видаляє накопичені продукти згоряння суміші. Для забезпечення нормальної роботи двигуна в момент нагнітання тиску і підпалу суміші він закритий.

Робота бензинового ДВС. докладний розбір

При такті всмоктування поршень опускається вниз. Одночасно відкривається впускний клапан, і в циліндр подається паливо. Таким чином, в циліндрі виявляється топливовоздушная суміш. У певних типах бензинових двигунівця суміш готується в спеціальному пристрої - карбюраторі, в інших змішання відбувається безпосередньо в циліндрі.

Далі поршень починає підніматися. Одночасно впускний клапан закривається, що забезпечує створення досить великого тиску всередині циліндра. При досягненні поршнем крайньої верхньої точки вся паливно-повітряна суміш виявляється стислій в частині циліндра, званої камерою згоряння. У цей момент свічка дає електричну іскру, і суміш запалюється.

В результаті згоряння суміші виділяється велика кількість газів, які, прагнучи заповнити собою весь наданий об'єм, тиснуть на поршень, змушуючи його опускатися. Ця робота поршня передається за допомогою кривошипно-шатунного механізму на вал, який починає обертатися і обертати привід коліс автомобіля.

Як тільки поршень завершує свій рух вниз, відкривається клапан випускного колектора.

Решта гази спрямовуються туди, так як на них тисне поршень, що йде вгору під впливом валу. Цикл закінчений, далі поршень знову опускається вниз, починаючи новий цикл.

Як видно, корисну роботу виконує лише одна фаза циклу. Решта фази - це робота двигуна «на самого себе». Навіть такий стан речей робить двигун внутрішнього згоряння однієї з найбільш вдалих за ККД систем, впроваджених у виробництво. У той же час, можливість зменшення «холостих» в сенсі ККД циклів призводить до появи нових, більш економічних систем. Крім того, розробляються і обмежено впроваджуються двигуни, які взагалі позбавлені поршневої системи. Наприклад, деякі японські автомобіліоснащені роторними двигунами, що мають більш високий коефіцієнт корисної дії.

У той же час, такі двигуни мають ряд недоліків, пов'язаних, в основному, з дорожнечею виробництва і складністю обслуговування таких моторів.

Система харчування

Для того щоб надходить в камеру згоряння горюча суміш правильно спалювалась і забезпечувала безперебійну роботу двигуна, вона повинна вводиться чітко відміряними порціями і бути відповідним чином підготовлена. Для цієї мети служить паливна система, найважливішими частинами якої є бензобак, паливопровід, паливні насоси, пристрій для змішування палива і повітря, колектор, різні фільтри і датчики.

Зрозуміло, що призначення бензобака - зберігати необхідну кількість палива. Паливо води використовуються в якості магістралей для перекачування за допомогою бензинового насоса, фільтри бензину і повітря потрібні, щоб не допустити засмічення тонких колекторів, клапанів і топлівоводов.

Детальніше варто зупинитися на роботі карбюратора. Незважаючи на те, що автомобілі з такими пристроями більше не випускаються, чимало машин з карбюраторним типом двигуна до сих пір експлуатується в багатьох країнах світу. Карбюратор змішує паливо з повітрям наступним чином.

У камері поплавця підтримується постійний рівень палива і тиску завдяки балансувального отвору, стравлювати зайве повітря, і поплавця, що відкриває клапан топлівовода, як тільки рівень палива в камері карбюратора знижується. Карбюратор через жиклер і дифузор пов'язаний з циліндром. Коли тиск в циліндрі знижується, точно відведені завдяки жиклера кількість палива спрямовується в дифузор повітряної камери.

Тут, за рахунок дуже маленького діаметра отвору, воно під великим тиском проходить в циліндр, бензин змішується з атмосферним повітрям, які пройшли через фільтр, і утворена суміш потрапляє в камеру згоряння.

Проблема карбюраторних систем - в неможливості максимально точно відміряти кількість палива і кількість повітря, що потрапляють в циліндр. Тому всі сучасні автомобілі оснащені системою впорскування, званої також инжекторной.

У инжекторном двигуні замість карбюратора впорскування здійснюється пальника чи форсунками - спеціальним механічним розпилювачем, найважливішою частиною якого є електромагнітний клапан. Ці пристрої, особливо працюючи в парі зі спеціальними обчислювальними мікрочіпами, дозволяють вводити точно відведені кількість палива в необхідний момент. В результаті двигун працює рівніше, запускається легше, споживає менше палива.

механізм газорозподілу

Зрозуміло, яким чином карбюратор готує горючу суміш з бензину і повітря. Але як працюють клапани, що забезпечують своєчасну подачу цієї суміші в циліндр? За це відповідальний механізм газорозподілу. Саме він виконує своєчасне відкриття та закриття клапанів, а також забезпечує необхідну тривалість і висоту їх підйому.

Саме ці три параметри і є в сукупності фазами газорозподілу.

Сучасні двигуни мають спеціальний пристрій для зміни цих фаз, зване фазообертач ДВС принцип роботи якого заснований на повороті в разі необхідності распредвала. Ця муфта при збільшенні кількості палива, що впорскується повертає розподільний вал на певний кут по ходу обертання. Такий зміна його положення призводить до того, що впускні клапани відкриваються раніше, і камери згоряння наповнюються сумішшю краще, компенсуючи постійно зростаючу потребу в потужності. На найбільш технічно передових моделях варто кілька таких муфт, вони управляються досить складною електронікою і можуть регулювати не тільки частоту відкриття клапана, але і його хід, що відмінно позначається на роботі двигуна при максимальній швидкості.

Принцип роботи системи охолодження двигуна

Зрозуміло, далеко не вся виділяється енергія зв'язків молекул палива перетворюється в корисну роботу. Основна її частина втрачається, перетворюючись в тепло, та й тертя деталей ДВС також створює теплову енергію. Зайве тепло необхідно відводити. Саме цій меті служить система охолодження.

Розділяють повітряну систему, рідинну і комбіновану. Найбільш поширена рідинна система охолодження, хоча зустрічаються автомобілі і з повітряної - її використовували для спрощення конструкції і здешевлення бюджетних машин, або для зменшення ваги, якщо мова йшла про спорткарах.

Основні елементи системи представлені теплообмінником, радіатором, відцентровим насосом, розширювальним бачком і термостатом. Крім того, в систему охолодження входять масляний радіатор, вентилятор радіатора, датчик температури охолоджуючої рідини.

Рідина циркулює через теплообмінник під впливом насоса, знімаючи температуру з двигуна. Поки двигун не нагріється, спеціальний клапан закриває радіатор - це називається «мале коло» руху. Така робота системи дозволяє швидко прогріти двигун.

Як тільки температура піднімається до робочої, термодатчик дає команду на відкриття клапана, і охолоджуюча рідина починає рухатися через радіатор. Тонкі трубки цього агрегату обдуваются стильним потоком зустрічного вітру, охолоджуючи таким чином рідину, яка знову надходить в колектор, починаючи коло охолодження заново.

Якщо впливу набігаючого повітря недостатньо для нормального охолодження - автомобіль працює зі значним навантаженням, рухається з малою швидкістю або стоїть дуже спекотна погода, включається вентилятор охолодження. Він обдуває радіатор, примусово охолоджуючи робочу рідину.

Машини, обладнані турбонаддувом, мають два контури охолодження. Один - для охолодження безпосередньо ДВС, другий - для зняття зайвого тепла з турбіни.

електрика

Перші автомобілі обходилися мінімумом електрики. В сучасних машинахз'являється все більше і більше електричних ланцюгів. Електроенергію споживають система подачі палива, запалювання, система охолодження і опалення, освітлення. При наявності чимало енергії споживає система кондиціонування, управління двигуном, електронні системизабезпечення безпеки. Такі агрегати, як система запуску і свічки розжарювання споживають енергію короткочасно, але в більших кількостях.

Для забезпечення всіх цих елементів необхідною електроенергією використовуються джерела струму, електрична проводка, елементи управління і блоки запобіжників.

Джерела струму автомобіля - акумуляторна батарея, Що працює в парі з генератором. Коли двигун працює, привід від вала крутить генератор, що виробляє необхідну енергію

Генератор працює, перетворюючи енергію обертання валу в електричну енергію, використовуючи принципи електромагнітної індукції. Для того, щоб здійснити пуск ДВС, використовується збільшують споживання електроенергії.

Під час запуску основним споживачем енергії є стартер. Цей пристрій є двигуном постійного струму, призначеним для прокрутки колінчастого вала, що забезпечує початок циклу роботи ДВС. Принцип роботи двигуна постійного струму грунтується на взаємодії, що виникає між магнітним полем, що утворюється в статорі, і струмі, що протікає в роторі. Ця сила впливає на ротор, який починає обертатися, причому його обертання збігається з обертанням магнітного поля, характерного для статора. Таким чином електрична енергія перетворюється в механічну, а стартер починає розкручувати вал двигуна. Як тільки двигун запускається і починає працювати генератор, акумулятор перестає віддавати енергію і починає її накопичувати. Якщо генератор не працює або з якоїсь причини його потужності недостатньо, акумулятор продовжує віддавати енергію і розряджатися.

Такий тип двигуна теж є ДВС, але має відмінні риси, що дозволяють різко відділяти двигуни, що працюють за принципом, винайденому Рудольфом Дизелем, від інших ДВС, які працюють на «легкому» паливі на кшталт бензину «в автомобілістики» або гасу «в авіації».

Різниця в використовуваному паливі зумовлюють відмінності конструкції. Справа в тому, що «солярку» щодо складно підпалити і домогтися її миттєвого згоряння в звичайних умовах, тому спосіб займання від свічки для цього палива не підходить. Займання дизеля здійснюється за рахунок його контакту з розігрітим до дуже високої температури повітрям. З цією метою використовується властивість газів нагріватися при стисненні. Тому поршень, що працює на дизельному ДВС, Стискає НЕ паливо, а повітря. Коли ступінь стиснення доходить до максимуму, а сам поршень - до крайньої верхньої точки, що стоїть замість свічки форсунка «електромагнітний насос» впорскує дисперсно розпорошену паливо. Воно взаємодіє з гарячим киснем і запалюється. Далі відбувається робота, характерна і для бензинового ДВС.

При цьому потужність ДВС змінюється не пропорцією суміші повітря і палива, як в бензинових моторах, а виключно кількістю палива, що впорскується дизеля, в той час як кількість повітря постійно і не змінюється. При цьому принцип дії сучасного бензинового агрегату, Оснащеного форсункою, абсолютно не схожий на принципом роботи дизельного ДВС.

Працюючі з бензином електромеханічні розпилювальні насоси призначені, перш за все, для більш точного відмірювання палива, що впорскується, і взаємодіють з свічок запалювання. У чому ці два типи ДВС схожі - так це в підвищеної вимогливості до якості палива.

Так як тиск повітря, що створюється роботою поршня дизельного мотора, Значно вище тиску, що чиниться стислій повітряно-бензинової сумішшю, такий двигун більш вимогливий до зазорам між поршнем і стінками циліндра. До того ж, дизельний двигунважче запустити взимку, так як «солярка» під впливом низьких температурних показників густіє, і форсунка не може досить якісно розпорошити її.

І сучасний бензиновий мотор, і його дизельний «родич» вкрай неохоче працюють на бензині «ДТ» невідповідної якості, і навіть короткочасне його застосування може призвести до серйозними проблемами з паливною системою.

Сучасні двигуни внутрішнього згоряння - найбільш ефективні пристрої переходу теплової енергії в механічну. Незважаючи на те, що велика частина енергії витрачається не на безпосередньо корисну роботу, а на підтримку циклу самого двигуна, людство поки не навчилося масово виробляти пристрої, які були б практичніше, могутніше, економічніше і зручніше, ніж ДВС. Разом з тим, подорожчання вуглеводневих енергоносіїв і турбота про навколишньому середовищузмушують шукати нові варіанти двигунів для легкових автомобіліві громадського транспорту. Найбільш перспективними на даний момент виглядає використання автономних, оснащених батареями великої місткості, електричних двигунів, коефіцієнт корисної дії яких набагато вище, і гібридів таких двигунів з бензиновими варіантами. Адже обов'язково настане час, коли використовувати вуглеводні для приведення в рух особистого автотранспорту стане абсолютно невигідно, і ДВС займуть місце на музейних полицях, як паровозні двигуни - півстоліття тому.