Більше сотні років в якості силових установок більшості машин і механізмів використовуються двигуни внутрішнього згоряння. На початку 20-го століття вони замінили собою паровий двигун зовнішнього згоряння. ДВС зараз є найбільш економічним і ефективним серед інших моторів. Давайте розглянемо пристрій двигуна внутрішнього згоряння.
Історія створення
Історія цих агрегатів почалася приблизно 300 років тому. Саме тоді Леонардо Да Вінчі розробив перший креслення примітивного двигуна. Розробка цього агрегату дала поштовх до складання, випробувань і постійного вдосконалення ДВС.
У 1861 році за кресленнями, які залишив світу Да Вінчі, створили перший двотактний мотор. Тоді ще ніхто і не думав, що подібними установками будуть комплектуватися автомобілі та інша техніка, хоча тоді використовувалися парові агрегати на залізничній техніці.
Першим, хто став використовувати ДВС на автомобілях, став Генрі Форд. Він першим написав книгу про пристрій і роботу ДВЗ. Форд став першим, хто обчислював ККД цих двигунів.
Класифікація ДВЗ
У процесі розвитку ускладнювалося і пристрій двигуна внутрішнього згоряння. Призначення його при цьому залишалося колишнім. Можна виділити кілька основних видів ДВС, які є найбільш ефективними сьогодні.
Перші по ефективності і економічності – поршневі установки. У цих агрегатах енергія, що утворилася від згоряння паливної суміші, перетворюється в рух через систему з шатунів і колінчастого валу.
Загальне пристрій двигуна внутрішнього згоряння карбюраторного нічим не відрізняється від інших моторів. Але горюча суміш готується безпосередньо в карбюраторі. Впорскування здійснюється в загальний колектор, звідки під дією розрядження суміш потрапляє в циліндри, де потім запалюється від електричного розряду на свічці.
Інжекторний двигун відрізняється від карбюраторного тим, що паливо подається в кожен циліндр безпосередньо через окремі форсунки. Потім після того, як бензин змішується з повітрям, паливо підпалюється від іскри свічки.
Дизельний мотор відрізняється від бензинових. Розглянемо коротко пристрій дизельного двигуна внутрішнього згорання. Тут для займання не використовуються свічки. Дане паливо загоряється під впливом високого тиску. В результаті дизель нагрівається. Температура перевищує температуру горіння. Впорскування здійснюється за допомогою форсунок.
До ДВЗ відносять і роторно-поршневі двигуни. У цих агрегатах теплова енергія від згоряння палива впливає на ротор. Він має особливу форму і спеціальний профіль. Траєкторія руху ротора – планетарна (елемент знаходиться всередині спеціальної камери). Ротор одночасно виконує безліч функцій – це газорозподіл, функція колінчастого валу і поршня.
Існують і газотурбінні ДВС. У цих агрегатах теплова енергія перетворюється через ротор з клиноподібними лопатками. Потім ці механізми змушують турбіну обертатися.
Самими надійними, не потребують частого обслуговування й економічними вважаються поршневі мотори. Роторні практично не використовують масової автомобільної техніки. Зараз моделі автомобілів, обладнаних роторно-поршневими двигунами, що випускає тільки японська “Мазда”. Досвідчені авто з газотурбінними двигунами в 60-х роках випускав “Крайслер”, і після цього більше до цих установок не повертався жоден автовиробник. У Радянському Союзі газотурбированными моторами недовго оснащували деякі моделі танків і десантних кораблів. Але потім було вирішено відмовитися від таких силових агрегатів. Саме тому ми розглядаємо пристрій двигуна внутрішнього згоряння – вони найбільш популярні і ефективні.
Пристрій ДВС
У корпусі мотора об’єднано кілька систем. Це блок циліндрів, в якому і знаходяться ті самі камери згоряння. В останніх згорає паливна суміш. Також двигун складається з кривошипно-шатунного механізму, покликаного перетворювати енергію руху поршнів в обертання колінчастого вала. У корпусі силового агрегату є і газорозподільний механізм. Його завдання – забезпечувати своєчасне відкриття і закриття впускних і випускних клапанів. Двигун не зможе працювати без системи упорскування, запалювання, а також без вихлопної системи.
При запуску силового агрегату в циліндри через відкриті впускні клапани подається суміш палива і повітря. Потім вона запалюється від електричного розряду на свічці запалювання. Коли суміш запалиться і гази почнуть розширяться, збільшиться тиск на поршень. Останній приведеться в рух і змусить обертатися колінчастий вал.
Пристрій і робота двигуна внутрішнього згоряння такі, що мотор працює певними циклами. Ці цикли постійно повторюються з високою частотою. За рахунок цього забезпечується безперервне обертання колінчастого вала.
Принцип дії двотактних ДВЗ
Коли мотор запускається, поршень, який приводиться в рух за допомогою обертання коленвала, починає рухатися. Коли він досягне найнижчої точки і почне рухатися вгору, в циліндр подається паливо.
При русі вгору поршень стискає суміш. Коли він досягне верхньої мертвої точки, то свічка за рахунок електричного розряду запалює суміш. Гази моментально розширюються і штовхають поршень вниз.
Потім відкривається випускний клапан циліндра, і продукти згоряння виходять з циліндрів в вихлопну систему. Потім, знову дійшовши до нижньої точки, поршень почне рухатися вгору. Колінчастий вал зробить один оберт.
Коли розпочнеться новий рух поршня, впускні клапани знову відкриються, і буде подана паливна суміш. Вона займе весь об’єм, який займали продукти згоряння, і цикл повториться знову. За рахунок того, що поршні в таких двигунах працюють лише в двох тактах, відбувається менше рухів, на відміну від чотиритактного ДВЗ. Знижуються втрати на тертя деталей. Але ці мотори сильніше нагріваються.
У двотактних силових агрегатах поршень також відіграє роль газорозподільного механізму. У процесі руху відкриваються і закриваються отвори для впуску паливної суміші і випуску відпрацьованих газів. Найгірший газообмін у порівнянні з чотиритактними двигунами – це основний недолік таких двигунів. У момент випуску відпрацьованих газів значно втрачається потужність.
На даний момент двотактні двигуни застосовуються в мопедах, скутерах, човнах, бензинових пилах і іншої малопотужної техніки.
Чотиритактний
Пристрій двигуна внутрішнього згоряння такого типу небагато відрізняється від двотактного. Принцип роботи теж трохи інший. На одне обертання колінчастого вала припадає чотири такту.
Першим тактом є подача горючої суміші в циліндр двигуна. Мотор під дією розрядження всмоктує суміш в циліндр. Поршень в циліндрі в цей момент прямує вниз. Впускний клапан відкритий, і розпилений бензин разом з повітрям потрапить в камеру згоряння.
Далі йде такт стиснення. Впускний клапан закривається, а поршень рухається по напряму вгору. При цьому суміш, що знаходиться в циліндрі, значно стискається. Унаслідок тиску суміш нагрівається. Тиском підвищується концентрація.
Далі слідує третій робочий такт. Коли поршень майже доходить до свого верхнього положення, спрацьовує система запалювання. На свічці проскакує іскра, і суміш запалюється. Через миттєвого розширення газів і поширення енергії вибуху, поршень під тиском рухається вниз. Даний такт роботи чотиритактного двигуна основний. Інші три такту не впливають на створення роботи і є допоміжними.
На четвертому такті починається фаза випуску. Коли поршень досягає низу камери згоряння, відкривається випускний клапан і відпрацьовані гази виходять спочатку в вихлопну систему, а потім в атмосферу.
Ось такий пристрій і принцип роботи чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння, який встановлений під капотами більшості автомобілів.
Допоміжні системи
Ми розглянули пристрій двигуна внутрішнього згоряння. Але будь-мотор не зміг би працювати, якби не був оснащений додатковими системами. Про них ми розповімо нижче.
Запалювання
Ця система – частина електричного обладнання. Вона призначена для формування іскор, які підпалюють паливну суміш.
Система включає в себе АКБ і генератор, замок запалювання, котушку, а також спеціальний пристрій – розподільник запалювання.
Впускна система
Вона необхідна для того, щоб мотор без будь-яких перебоїв надходив повітря. Кисень необхідний для утворення суміші. Сам по собі бензин горіти не буде. Потрібно відзначити, що в карбюраторах впуск являє собою тільки фільтр і повітропроводи. Впускна система сучасних авто більш складна. Вона включає в себе повітрозабірник у вигляді патрубків, фільтр, дросельну заслінку, а також впускний колектор.
Система живлення
З принципу пристрою двигуна внутрішнього згоряння ми знаємо, що мотору потрібно щось спалювати. Це бензин або дизельне паливо. Система живлення забезпечує подачу пального в процесі роботи двигуна.
В самому примітивному випадку дана система складається з бака, а також паливної магістралі, фільтра насоса, що забезпечує подачу пального в карбюратор. В інжекторних автомобілях система харчування контролюється ЕБУ.
Мастильна система
У мастильну систему входить масляний насос, піддон, фільтр для очищення масла. У дизельних і потужних бензинових силових агрегатах також є радіатор для очищення мастила. Насос приводиться в дію від колінчастого вала.
Висновок
Ось що являє собою двигун внутрішнього згоряння. Пристрій і принцип дії його ми розглянули, і тепер зрозуміло, як працює автомобіль, бензопила або дизельний генератор.
