Что происходит, когда поворачивается ключ в замке зажигания? Под капотом начинается тихое жужжание и запускается мотор автомобиля. При этом происходят процессы, которые непосвящённому кажутся удивительными. При подаче топлива в мотор движется автомобиль. Остаётся понять, как работает двигатель внутреннего сгорания.
Виды двигателей
Моторы бывают внешнего сгорания и внутреннего сгорания. Первыми были изобретены двигатели внешнего сгорания — паровые двигатели, где твёрдое топливо в виде углей или дров сгорало в топке. В котле вырабатывался пар, который в сжатом виде действовал на поршни мотора. Они были громоздкими, с низким КПД.
В 1794 году физик Роберт Стрит запатентовал устройство, которое определил как двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе. Принцип такого мотора предложил в 1678 году Христиан Гюйгенс. По типу топлива моторы делятся:
- бензиновые;
- дизельные;
- газотурбинные.
Характерны газотурбинные двигатели, которые разработаны сравнительно недавно. Они устанавливаются на самолеты, ракеты. Принцип их работы заключается в том, что основной деталью является турбина, через которую выталкиваются газы под большим давлением.
Карбюратор устроен так, что за счёт ряда жиклёров, топливо и воздух смешиваются в разных пропорциях в зависимости от нагрузки на мотор. При запуске, в холодный двигатель из карбюратора поступает смесь, обогащённая топливом. При небольших нагрузках подаётся обеднённая смесь.
Бензиновые движки по типу впрыска смеси бывают:
- карбюраторные;
- инжекторные.
Инжекторные регуляторы работают на основе форсунок. Топливо дозировано подаётся в камеру. Регулировка таких моторов происходит электроникой с помощью компьютера.
Принцип действия бензиновых и дизельных ДВС одинаковый. К коленчатому валу через шатуны и вкладыши прикреплены поршни. Они движутся в цилиндрах за счёт давления газов.
Любой ДВС имеет систему:
- газораспределения;
- охлаждения;
- смазки;
- воздушной подачи.
Ещё имеется система впрыска, которая различна у карбюраторных, инжекторных двигателей и у дизелей.
Принцип работы ДВС
Как работает ДВС: принцип работы основан на превращении поступательного движения поршней во вращательное. Существуют 4 положения (шага) поршня в цилиндре: шаг 1 впрыск или подсос. Входной клапан открыт и в камеру сгорания попадают пары бензина и воздуха. На каждую каплю бензина нужно достаточное количество кислорода. Ведь без него взрыв невозможен. Когда топливо в дисперсном состоянии смешивается с кислородом, начинается второй шаг — сжатие. Входной клапан закрывается, поршень движется вверх. В закрытом пространстве смесь воздух с бензином сжимается, объём газа уменьшается примерно в 10 раз.
Давление растёт. Столкновение молекул воздуха и бензина происходит чаще, и температура смеси в камере также увеличивается. Начинается третий этап: сгорание или взрыв. Как только поршень достигает своего верхнего положения, свеча даёт искру мощностью 40 тысяч ватт. Это провоцирует взрыв, и температура газа мгновенно возрастает. Выделяется большая порция тепла. Это тепло заставляет молекулы двигаться, увеличивая давление на поршень.
Тот послушно движется вниз, приводя в движение коленчатый вал. Таким образом, энергия взрыва трансформируется во вращательное движение и передаётся на колёса машины. И последний шаг — выхлоп. Выходной клапан открыт поршень поднимается, выталкивая остатки газа после взрыва из двигателя. На этом четырёхтактный цикл заканчивается. Но процесс повторяется вновь и вновь — до 60 взрывов в 1 секунду. При четырёх цилиндрах каждую секунду в этом двигателе происходит 480 взрывов. Это средний класс моторов.
На самом деле существуют шесть, и восемь, и двенадцать цилиндров. У четырёхтактных моторов высокий коэффициент полезного действия. Весь секрет этого двигателя в четырёх положениях поршня, синхронно открывающихся и закрывающихся клапанов газораспределительной системе. Всего на счёт четыре этот двигатель преобразует энергию сгорания во вращение.
Устройство и работа дизелей
Дизель (ДВС на дизельном топливе) обязательно имеет более мощный корпус, в котором отлиты окна для установки коленвала, распределительного вала, устройства газораспределения, коробки клапанов по два на каждый поршень.
Отдельно следует рассказать о топливном насосе. Его строение таково, что в зависимости от положения поршней производится впрыск порции топлива в камеру сгорания через форсунки высокого давления. Топливо в дисперсном состоянии попадает в камеру за счёт работы поршней насоса и форсунок. Насос имеет механизм и отмеряет топлива ровно столько, сколько требуется для проводимой в этот момент работы всего ДВС.
Если посмотреть схему насоса на рисунке, то на поршнях видны косые канавки. За счёт этих канавок поршни поворачиваются и изменяют пространство для поступления топлива. В верхней части насоса имеется планка с зубцами. Их назначение состоит в том, чтобы в зависимости от нагрузки на дизель проворачивать шестерёнки плунжеров и изменять количество поступающего топлива. Плунжерная пара (поршень с цилиндром) имеют очень плотное соприкосновение.
На фазе впрыска происходит резкий вброс топлива в трубопровод высокого давления форсунки. А за счёт точных сверлений отверстий в форсунке, топливо распыляется в камере сгорания до дисперсного состояния. При смешивании с воздухом и сильном сжатии, происходит воспламенение без дополнительной искры.
Применение турбонаддува позволяет увеличить мощность мотора. Турбина устанавливается на отводящем трубопроводе. Лопатки турбины вращаются с огромной скоростью. Воздух после воздушного фильтра поступает в камеру сгорания под давлением.
Если посмотреть в разрезе на дизель, то видны каналы, для сообщения подачи масла к деталям мотора. Под дизелем расположен поддон, который используется как ёмкость для содержания масла для внешней смазки коленвала.
Двигатели внутреннего сгорания имеют различное строение и, соответственно, применяется в различных отраслях промышленности. ДВС постоянно изучаются в школьных программах, в профтехобразовании, о них пишутся рефераты. Учащиеся на лекциях пишут конспекты, готовят доклады, которые им понадобятся в дальнейшей деятельности по специальности механиков, мотористов, машинистов поездов и т. д.
