Общие сведения о двигателях кратко

Обновлено: 02.07.2024

Технические изобретения существенно облегчили жизнь человечества и вывели ее на абсолютно новый качественный уровень. Особенно заметный скачок произошел после того, как был изобретен двигатель. Изначально это был паровой механизм, положивший начало настоящей технической и промышленной революции на планете. Но почти двести лет назад ему на замену начали приходить двигатели внутреннего сгорания, использующиеся сейчас практически во всех транспортных средствах. Что же такое ДВС? Каково устройство двигателя внутреннего сгорания? Каков принцип работы ДВС? Об и многом другом речь пойдет ниже.

Просто о сложном: разбираемся в терминологии

Современные семьи зачастую имеют не одно, а два-три авто. И девушки за рулем уже давно не редкость. Вот только большинство молодых водителей даже не понимают, как расшифровать аббревиатуру ДВС и не знают, что это такое. А ведь механизмы с подобным принципом работы стоят не только в легковых автомобилях, но и в:

• мототранспорте;
• сельскохозяйственной технике;
• водном транспорте;
• самолетах;
• военной технике;
• газонокосилках и это далеко не полный список.

Практически все привычные ТС, которые передвигаются по земле и летают над ней, основываются на том, как работает двигатель внутреннего сгорания. А значит вопросы его устройства не должны быть тайной даже для начинающих автолюбителей.

Итак, ДВС. Что это же такое важное он делает в машине? На самом деле все просто. Двигатель внутреннего сгорания или, как его часто называют сокращенно, ДВС – это приспособление, которое преобразует химическую и тепловую энергию в механическую работу. За счет этого он приводит в действие взаимосвязанные механизмы, придавая им движущую силу.

• громоздкие;
• неудобные в эксплуатации;
• сложные в обслуживании.

Двигатели внутреннего сгорания стали следующим этапом развития, так как топливо воспламеняется внутри механизма в специальных камерах. За счет этого они:

• надежны;
• неприхотливы;
• экономичны.

А также не требуют регулярного ТО.

Итак, что такое мотор? Обобщая все написанное выше, стоит сказать, что это – главный механизм технического средства, придающий ему движущую силу.

Принцип работы ДВС: основные моменты

Даже понимая, что же такое ДВС и какую роль он выполняет в автомобиле, не обойтись без чисто технических знаний. Если объяснять простыми словами, то принцип работы ДВС основан на эффекте расширения газов и образования в результате этого процесса мощного выброса тепловой энергии:

• смесь топлива и воздуха в нужных пропорциях поступает в камеру;
• сжимается;
• воспламеняется;
• энергия преобразовывается в движущую силу.

Если говорить еще проще о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, то стоит отметить следующее:

• при воспламенении любая смесь увеличивается в объемах;
• в ограниченном пространстве она активно давит на стены камеры;
• при наличии одной подвижной стенки большая часть давления уходит на нее;
• любая присоединенная к этому элементу деталь приводится в движение.

В общих чертах принцип работы ДВС таков. В реальности все выглядит немного сложнее. Но общая последовательность операций сохраняется.

Об эволюции моторов и не только

Зная, что же такое ДВС в ТС, можно немного углубиться в изучение вопроса. И тут окажется, что современный мотор имеет несколько разновидностей со своими нюансами и особенностями:

• роторно-поршневые;
• газотурбинные;
• поршневые.

О каждом стоит рассказать немного подробнее.

Роторно-поршневые

Что это такое в машине? И по какому принципу работает? В таком варианте ротор помещается в специальный отсек и выполняет при движении сразу несколько задач, выступая в роли:

• коленчатого вала;
• ГРМ;
• поршня.

Работа двигателя внутреннего сгорания этого типа базируется на расширении газов. Именно они и приводят в движение ротор.

Газотурбинные

Принцип работы ДВС тоже довольно прост:

• на ротор насажены специальные лопатки клиновидной формы;
• тепловая энергия заставляет его двигаться;
• за счет этого в движение приходит вал турбины;
• энергия преобразуется в механическую работу.

Используются подобные модели довольно редко.

Поршневые

Это самый распространенный и оправдавший надежды конструкторов вариант. Если вкратце описывать, как работает двигатель внутреннего сгорания, то нужно обязательно отметить следующие нюансы:

• камера сгорания помещается внутрь цилиндра;
• кривошипно-шатунный механизм сдвигается за счет тепловой энергии;
• в свою очередь он распределяет механические усилия на коленчатый вал.

Виды двигателей поршневого типа разнообразны:

• карбюраторные;
• инжекторные;
• дизельные.

Принцип работы ДВС карбюраторного типа основывается на формировании горючего состава в карбюраторе. Уже оттуда он поступает в цилиндры, где и происходят стандартные процессы.

Инжекторные двигатели автомобиля считаются довольно сложными. Важная часть процессов происходит под контролем электроники:

• залив горючего в коллектор;
• прохождение через форсунки;
• возгорание.

Далее речь пойдет об устройстве двигателя внутреннего сгорания поршневого типа. Как самый распространенный, он вызывает набольший интерес у автолюбителей и других категорий владельцев различных технических устройств.

Строение стандартного двигателя

Разбираясь в принципах работы ДВС и других вопросах, стоит учесть, что выпускающиеся на заводах агрегаты имеют несколько:

Это приводит к тому, что элементы двигателя автомобиля могут довольно сильно различаться между собой. Но при этом основные детали, блоки и узлы остаются идентичными. Поэтому конструктивные особенности не влияют на то, как работает двигатель внутреннего сгорания.

• цилиндры;
• КШМ (криво-шатунный механизм);
• ГРМ.

Отдельно в устройстве стандартного ДВС выделяют сложные системы, отвечающие за слаженное и бесперебойное функционирование агрегата:

• питания – подготавливает смесь к подаче в цилиндры;
• смазки – подает смазочные материалы на необходимые узлы и элементы;
• зажигания – устанавливается только на бензиновых моделях и необходима для воспламенения смеси;
• охлаждения – поддерживает оптимальную температуру;
• электросистема – источник энергии агрегата;
• выхлопа – отводит продукты горения.

Каждый блок выполняет в строении движка свои задачи. Так как принцип работы ДВС основывается на воспламенении смеси, то цилиндры называют основным элементом всей системы, куда и поступает бензиново-воздушный состав.

В схеме двигателя КШМ выполняет роль основного трансформатора тепловой энергии в движущуюся силу, распределяющую ее на коленчатый вал.

Газораспределительный механизм (ГРМ) контролирует распахивание и закрытие следующих клапанов:

• запуска горючего, смешанного с воздухом;
• выхода отработанных газов.

Благодаря ему, гарантируется синхронность системы.

Исходя из того, как работает двигатель внутреннего сгорания, конструкторы совершенствуют модели, применяя различную комплектность цилиндров. В первых механизмах он был один. Позже начались эксперименты по усилению мощности:

• увеличение диаметра цилиндра;
• увеличение количества цилиндров.

Новые модернизированные двигатели внутреннего сгорания могут иметь до 12 цилиндров с разным расположением. Наиболее популярны расстановки:

• в ряд – наиболее простой и понятный агрегат;
• V-образный – более популярный.

В автомобилях чаще всего используют V-образные модели. Они выделяются:

• компактностью;
• производительностью;
• надежностью.

Расположение под углом конструкторы используют при установке 6 цилиндров и более.

Также встречается и следующая компоновка цилиндров:

• VR-образная – ставятся в два ряда с небольшим наклоном;
• W-образная – крепятся на один коленвал в 3-4 ряда под углом;
• U-образная – параллельная установка на два коленвала;
• оппозитная – цилиндры располагаются в одной горизонтали под углом 180 градусов друг к другу;
• встречная – поршни движутся на встречу друг другу;
• радиальная – размещение по кругу.

Последний способ применяется в авиастроении. Остальные используют автомобильные концерны.

Несколько слов о тактности

Как работает двигатель внутреннего сгорания? Циклично. Одни и те же действия проходят с повторениями до нескольких сотен раз в 60 с. Благодаря этому, все элементы вращаются беспрерывно.

Исходя из этого принципа работы, ДВС делятся на:

Первоначально практически все двигатели внутреннего сгорания были двухтактными. В них цикл состоит из:

• 2 движений поршня;
• одного оборота коленвала.

Такие агрегаты имели низкую производительность при неизменно высоком потреблении топлива. С течением времени им на замену пришли четырехтактные модели, в которых цикл немного иной:

• две фрикции поршня;
• 2 витка коленвала.

Эти механизмы получили широкое распространение и ставятся на 90% машин.

Все о 2-тактных моделях

Принцип работы ДВС этого типа можно подробно описать в следующем списке:

• запуск движка заставляет поворачиваться коленчатый вал;
• он вовлекает в перемещения поршень;
• при достижении нижней позиции вливается бензиново-воздушный состав;
• на ходу вверх создается давление;
• в верхней позиции свеча вызывает искру и воспламеняет содержимое камеры;
• расширение сдвигает поршень вниз;
• на нижней границе раскрывается клапан, выпускающий отработку.

За этот период коленвал делает одно вращение и все повторяется заново.

При такой схеме двигатель совершает небольшое количество движений, благодаря чему снижается износ узлов. Но при этом он серьезно греется, а потери газа существенно снижают мощность. Поэтому на производстве он ставится на технику небольшой мощности.

Функционирование 4-тактных агрегатов

Основываясь на том, как работает двигатель внутреннего сгорания двухтактного типа, отметим, что 4-тактный механизм во многом похож на него. Но здесь есть свои особенности – раскрытие и захлопывание клапанов никак не связано с остальными процессами. Каждый такт рассчитан на одну фрикцию поршня в ту или иную стороны.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания выглядит следующим образом:

• впуск – при опускании поршня до нижней границы раскрывается впускной клапан, параллельно повышается давление и температура;
• сжатие – движение вверх вызывает плотное закрытие клапанов с последующим сжатием при одновременном изменении температурного режима в сторону плавного увеличения;
• расширение – искра и горение приводят к резкому увеличению объема смеси, за счет чего поршень начинает опускаться вниз;
• выпуск – стремление к верхней границе сопровождается открытием выпускного клапана, избавляющего камеру от отработанных газов.

Таким образом функционируют все бензиновые моторы. Если сравнивать их с тем, как работает двигатель внутреннего сгорания на дизеле, то различие будет одно – для возгорания не требуются свечи. В таких моделях важно четко дозировать поступление солярки. При бесперебойном впрыскивании в определенном объеме агрегат будет работать слаженно и четко.

Плюсы и минусы

Двигатели внутреннего сгорания имеют немало достоинств:

• удобство и простота использования;
• доступность топлива;
• быстрая заправка;
• долговечность;
• сохранение работоспособности даже после нескольких ТО.

К тому же для многих автовладельцев звук мотора является лучшей музыкой. Зная это, производители настраивают их особым образом.

Но и минусы у агрегатов существуют:

• более низкий коэффициент полезного действия по сравнению с электрическими моделями;
• сложность системы.

Современные модели уже невозможно починить и обслуживать самостоятельно в гараже. Но чем сложнее конструкция, тем больше слабых мест в ней остается. А значит ТО придется проходить все чаще и чаще.

Требует упоминания и экологический аспект. Многие европейские города задыхаются от бензинового смога и не видят солнечного света. Поэтому требования к экологической безопасности регулярно ужесточаются.

Двигатели внутреннего сгорания с течением времени не теряют своих позиций. Несмотря на то, что инженеры и изобретатели бьются над созданием принципиально новых моторов, этот вопрос до сих пор не решен. А значит в ближайшие годы человечество будет пользоваться все теми же привычными, надежными и удобными агрегатами.

История изобретения ДВС

Итак, в связи с тем, что первым двигателем внутреннего сгорания была пушка, необходимо было бы узнать имя изобретателя, но оно, к сожалению, потерялось в веках. Известно, только,что в Европе пушка появилась в 14-м веке, а в восточных странах еще в 13-м.

Христиан Гюйгенс (портрет слева) в начале 17-го века предложил внутрь цилиндра с поршнем насыпать немного пороха. Если этот порох поджечь, то поршень поднимется вверх и шток прикрепленный к поршеню может совершить некоторую работу. Затем аппарат необходимо было разобрать, засыпать новую порцию пороха и продолжить. Шток останавливался в верхнем положении при помощи специального фиксатора.

Конечно, на это сейчас мы смотрим с удивлением, но для 17-го века это был прорыв.

В 1690 году (конец 17-го века) Дени Папен (портрет справа) усовершенствовал эту конструкцию предложив вместо пороха залить на дно цилиндра воду. Если нагреть цилиндр вода испарится превратившись в пар и этот пар совершит работу подняв поршень. Затем поршень можно остудить пар внутри превратится в воду и процесс можно повторить.

Только в 1801 году французский изобретатель Филип Лебон придумал подавать в цилиндр светильный газ в смеси с воздухом и поджигать его там. Он даже получил патент на этот газовый двигатель. Но в связи с тем, что Лебон рано умер (в 1804 году в возрасте 35 лет), довести свое детище до практической модели не успел.

Этьен Ленуар (француз с бельгийскими корнями), придумывал различные механические конструкции, работая на гальваническом заводе. Именно он считается изобретателем первого работающего двигателя внутреннего сгорания.

Доработав идею Лебона, в 1860 году он взял за основу двухходовой поршень, который совершал работу двигаясь как вправо, так и влево. А смесь светильного газа и воздуха он поджигал в отдельной камере при помощи электрической искры. Направляя продукты сгорания (в зависимости от положения поршня) либо в правую, либо в левую полость, как пар у паровоза.

Как видим это опять не совсем похож на современный двигатель в нашем его понимании, но прародитель его это уж точно. Выпустив более 300 таких двигателей, он разбогател и перестал заниматься изобретательством. Изобретенный Августом Николаусом Отто двигатель вытеснил с рынка двигатели Ленуара. Именно Отто предложил и построил четырехтактный двигатель. КПД его двигателя достигал 15%, это почти в 3 раза выше чем у двигателей Ленуара. Кстати сказать современные бензиновые двигатели имеют КПД не выше 36%, это все чего мы достигли за 150 лет работы над двигателями внутреннего сгорания. На этом четырехтактном цикле работают сейчас большинство двигателей.

Только после изобретения двигателей работающих на жидком топливе (керосине и бензине), их вполне уже можно было устанавливать на повозки, что и сделал Карл Бенс в 1886 году.

В 1893 году Рудольф Дизель запатентовал двигатель работающий на отходах производства бензина – солярке.В его двигателе смесь не нужно было воспламенять, она загоралась сама от высокой температуры в цилиндре. Но и смесь воздуха с топливом готовилась несколько по-другому. В его двигателе топливо (солярка) подавалась в цилиндр в конце цикла сжатия специальным насосом. Это было революционным прорывом. Многие современные бензиновые двигатели используют этот метод образования воздушно-топливной смеси. Дизельный же двигатель не претерпел особых изменений.

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
• карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;

Более детально узнать о назначении, устройстве и принципе работы карбюратора, вы можете здесь: Карбюратор: устройство и принцип работы

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

• Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
• Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
• Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
• Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Узнать о том, что такое октановое число бензина, о его повышении и понижении, вы можете здесь: Октановое число бензина: что это такое

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

• Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
• Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
• Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
• Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

• Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
• Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
• Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
• Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

О назначении и принципе работы турбины на дизельном двигателе, вы можете узнать из нашей статьи: Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Схема топливной системы ДВС

Узнать, более детально о принципе работы топливной системы дизельного двигателя, вы можете здесь: Устройство топливной системы дизельного двигателя

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

Двигателями внутреннего сгорания называются тепловые двигатели, в которых процессы сгорания топлива и превращения полученного тепла в механическую работу происходят внутри самого двигателя, в его цилиндре.

Жидкое распыленное топливо и воздух, необходимый для его сгорания, поступают в цилиндр двигателя, где эта рабочая смесь воспламеняется и сгорает. Образующиеся при этом продукты сгорания (газы) имеют высокие давления и температуру. Стремясь расшириться, газы давят на поршень, расположенный в цилиндре, и тем самым производят механическую работу, вызывая прямолинейное движение поршня вдоль оси цилиндра. При помощи кривошипно-шатунного механизма движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала двигателя и передается исполнительному механизму (валопроводу, электрогенератору и т. д.). Процесс превращения тепловой энергии, заключенной в рабочей смеси, в механическую энергию, периодически повторяющийся за каждый оборот (или за каждые два оборота) коленчатого вала, носит название рабочего цикла двигателя.

Классификация двигателей. Судовые ДВС классифицируют по следующим основным признакам.

По способу осуществления рабочего цикла различают двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, и четырехтактные двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала. Ходом поршня называется расстояние, проходимое поршнем от одного крайнего положения (например, верхнего) до другого крайнего положения (например, нижнего).

По способу действия — двигатели простого и двойного действия. В первых рабочий цикл совершается только в одной полости рабочего цилиндра — над поршнем, во вторых — в двух полостях рабочего цилиндра — над поршнем и под поршнем.

По способу наполнения рабочего цилиндра свежей рабочей смесью — двигатели без наддува, у которых всасывание рабочей смеси или воздуха производится поршнем (четырехтактные) или рабочий цилиндр наполняется продувочным воздухом нормального давления (двухтактные), и двигатели с наддувом, у которых рабочая смесь или воздух подается в цилиндр под повышенным давлением при помощи специального нагнетателя.

По роду применяемого топлива — двигатели тяжелого жидкого топлива (моторное, дизельное топливо, соляровое масло), двигатели легкого жидкого топлива (бензин, керосин) и двигатели газообразного топлива.

По способу воспламенения рабочей смеси — двигатели с принудительным воспламенением, в которых воспламенение рабочей смеси происходит от электрической искры, и двигатели с самовоспламенением рабочей смеси от сжатия (дизели), в цилиндре которых воздух сжимается и нагревается настолько, что впрыскиваемое в него тяжелое жидкое топливо самовоспламеняется.

По способу образования рабочей смеси — двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые), у которых рабочая смесь приготовляется вне цилиндра, а зажигание ее в цилиндре происходит от электрической искры, и двигатели с внутренним смесеобразованием (компрессорные и бескомпрессорные дизели), у которых рабочая смесь приготовляется внутри цилиндра и самовоспламеняется от сжатия воздуха. В настоящее время наибольшее применение в морском флоте находят бескомпрессорные дизели, как наиболее экономичные. Карбюраторные и газовые двигатели встречаются еще на легких речных и озерных катерах, а компрессорные сняты с производства.

По быстроходности, т. е. по средней скорости хода поршня, различают двигатели тихоходные (до 6,5 м/с), средней быстроходности (6,5—9 м/с) и быстроходные (более 9 м/с). Средней скоростью хода поршня называется путь, проходимый поршнем в секунду за один оборот коленчатого вала.

По назначению судовые двигатели разделяют на главные и вспомогательные. Первые работают на гребной вал или главный электрогенератор, а вторые приводят в движение вспомогательные механизмы энергетической установки (электрогенераторы, насосы, компрессоры и т. д.). В качестве главных двигателей используют как двухтактные, так и четырехтактные бескомпрессорные дизели, в качестве вспомогательных — только четырехтактные дизели.

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.

В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на:
  • карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.

  Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.

  Устройство двигателя внутреннего сгорания

  
  

  Схема устройства двигателя.

  Первые поршневые ДВС имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В дальнейшем, для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. “Сердце” современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

  Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.

  Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

  На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

  Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.
  Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

  Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой. Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.

  Принцип работы двигателя

  Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:

  1. Впуск топлива;
  2. Сжатие топлива;
  3. Сгорание;
  4. Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.

  Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.

  Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

  Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

  На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.

  Системы двигателя

  Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

  1. ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
  2. Система смазки;
  3. Система охлаждения;
  4. Система подачи топлива;
  5. Выхлопная система.

  ГРМ — газораспределительный механизм

  Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

  • Распределительный вал;
  • Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
  • Детали привода клапанов;
  • Элементы привода ГРМ.

  ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

  Система смазки

  В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

  • Масляный картер (поддон);
  • Насос подачи масла;
  • Масляный фильтр с редукционным клапаном;
  • Маслопроводы;
  • Масляный щуп (индикатор уровня масла);
  • Указатель давления в системе;
  • Маслоналивная горловина.

  Система охлаждения

  Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

  • Рубашка охлаждения двигателя;
  • Насос (помпа);
  • Термостат;
  • Радиатор;
  • Вентилятор;
  • Расширительный бачок.

  Система подачи топлива

  Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

  • Топливный бак;
  • Датчик уровня топлива;
  • Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
  • Топливные трубопроводы;
  • Впускной коллектор;
  • Воздушные патрубки;
  • Воздушный фильтр.

  В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

  Выхлопная система

  Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

  • Выпускной коллектор;
  • Приемная труба глушителя;
  • Резонатор;
  • Глушитель;
  • Выхлопная труба.

  В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

  Читайте также:

    
  • Падуб остролистный описание кратко
    
  • Отличительные черты политической власти кратко
    
  • Традиции армении кратко на английском
    
  • Варианты возможных взаимодействий субъектов юридического конфликта кратко
    
  • Первичные средства пожаротушения в рб кратко