Пристрій двигуна внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння – універсальний силовий агрегат, який використовується практично у всіх видах сучасного транспорту. Три променя укладені в окружність, слова «На землі, на воді і в небі» – товарний знак і девіз компанії Мерседес Бенц, одного з провідних виробників дизельних і бензинових двигунів. Пристрій двигуна, історія його створення, основні види та перспективи розвитку – ось короткий зміст даного матеріалу.

Трішки історії

Принцип перетворення зворотно-поступального руху в обертальний, за допомогою використання кривошипно-шатунного механізму відомий з 1769 року, коли француз Ніколя Жозеф Кюньо показав світові перший паровий автомобіль. Як робоче тіло двигун використовував водяна пара, був малопотужним і вивергав клуби чорного, дурнопахнущей диму. Подібні агрегати використовувалися в якості силових установок на заводах, фабриках, пароплавах і поїздах, компактні ж моделі існували у вигляді технічного курйозу.

Все змінилося в той момент, коли в пошуках нових джерел енергії людство звернуло свій погляд на органічну рідину – нафту. У стhемленіі підвищити енергетичні характеристики даного продукту, вчені і дослідники, проводили досліди по перегонці і дистиляції, і, нарешті, отримали невідоме досі речовина – бензин. Ця прозора рідина з жовтуватим відтінком горіла без освіти кіптяви і сажі, виділяючи набагато більше, ніж сира нафта, кількість теплової енергії.

Приблизно в той же час Етьєн Ленуар сконструював перший газовий двигун внутрішнього згоряння, який працював за схемою двотактної, і запатентував його в 1880 році.

У 1885 році німецький інженер Готтліб Даймлер, у співпраці з підприємцем Вільгельмом Майбахом, розробив компактний бензиновий двигун, вже через рік знайшов своє застосування в перших моделях автомобілів. Рудольф Дизель, працюючи в напрямку підвищення ефективності ДВС (двигуна внутрішнього згоряння), в 1897 році запропонував принципово нову схему займання палива. Займання в двигуні, названому на честь великого конструктора і винахідника, відбувається за рахунок нагрівання робочого тіла при стисненні.

А в 1903 році брати Райт підняли в повітря свій перший літак, оснащений бензиновим двигуном Райт-Тейлор, з примітивною инжекторной схемою подачі палива.

Як це працює

Загальний пристрій двигуна і основні принципи його роботи стануть зрозумілі при вивченні одноциліндровою двотактної моделі.

Такий ДВС складається з:

  • камери згоряння;
  • поршня, з’єднаного з коленвалом за допомогою кривошипно-шатунного механізму;
  • системи подачі і займання паливно-повітряної суміші;
  • клапана для видалення продуктів горіння (вихлопних газів).

При пуску двигуна поршень починає шлях від верхньої мертвої точки (ВМТ) до нижньої (НМТ), за рахунок повороту коленвала. Досягнувши нижньої точки, він змінює напрямок руху до ВМТ, одночасно з чим проводиться подача паливно-повітряної суміші в камеру згоряння. Рухомий поршень стискає ТВС, при досягненні верхньої мертвої точки система електронного запалювання запалює суміш. Стрімко розширюючись, палаючі пари бензину відкидають поршень в нижню мертву точку. Пройшовши певну частину шляху, він відкриває вихлопної клапан, через який розпечені гази залишають камеру згоряння. Пройшовши нижню точку, поршень змінює напрямок руху до ВМТ. За цей час колінвал зробив один оборот.

Дані пояснення стануть більш зрозумілими при перегляді відео про роботу двигуна внутрішнього згоряння.

“Alt =” “>

Даний відеоролик наочно показує пристрій і роботу двигуна автомобіля.

два такту

Основним недоліком двотактної схеми, в якій роль газорозподільного елемента грає поршень, є втрата робочого речовини в момент видалення вихлопних газів. А система примусового продування і підвищені вимоги до термостійкості вихлопного клапана призводять до збільшення ціни двигуна. В іншому випадку домогтися високої потужності і довговічності силового агрегату не представляється можливим. Основна сфера застосування подібних двигунів – мопеди і недорогі мотоцикли, човнові мотори і бензокосарки.

чотири такту

Описаних недоліків позбавлені чотиритактні ДВС, які використовуються в більш «серйозної» техніці. Кожна фаза роботи такого двигуна (впуск суміші, її стиснення, робочий хід і випуск відпрацьованих газів), здійснюється за допомогою газорозподільного механізму.

Поділ фаз роботи ДВС дуже умовно. Інерційність відпрацьованих газів, виникнення локальних вихорів і зворотних потоків в зоні вихлопного клапана призводить до взаємного перекривання в часі процесів уприскування паливної суміші і видалення продуктів горіння. Як результат, робоче тіло в камері згоряння забруднюється відпрацьованими газами, внаслідок чого змінюються параметри горіння ТВС, зменшується тепловіддача, падає потужність.

Проблема була успішно вирішена шляхом механічної синхронізації роботи впускних і випускних клапанів з оборотами коленвала. Простіше кажучи, уприскування паливно-повітряної суміші в камеру згоряння відбудеться тільки після повного видалення відпрацьованих газів і закриття вихлопного клапана.

Але дана система управління газорозподілом так само має свої недоліки. Оптимальний режим роботи двигуна (мінімальні витрати палива і максимальна потужність), може бути досягнуто в досить вузькому діапазоні оборотів коленвала.

Розвиток обчислювальної техніки та впровадження електронних блоків управління дало можливість успішно вирішити і цю задачу. Система електромагнітного управління роботою клапанів ДВС дозволяє на льоту, в залежності від режиму роботи, вибирати оптимальний режим газорозподілу. Анімовані схеми і спеціалізовані відео полегшать розуміння цього процесу.

“Alt =” “>

На підставі відео не складно зробити висновок, що сучасний автомобіль це величезна кількість всіляких датчиків.

види ДВС

Загальний пристрій двигуна залишається незмінним досить довгий час. Основні відмінності стосуються видів використовуваного палива, систем приготування паливно-повітряної суміші і схем її займання.
Розглянемо три основних типи:

  1. бензинові карбюраторні;
  2. бензинові інжекторні;
  3. дизельні.

Бензинові карбюраторні ДВС

Приготування гомогенної (однорідної за своїм складом), паливно-повітряної суміші відбувається шляхом розпилення рідкого палива в повітряному потоці, інтенсивність якого регулюється ступенем повороту дросельної заслінки. Всі операції з приготування суміші проводяться за межами камери згоряння двигуна. Перевагами карбюраторного двигуна є можливість регулювання складу паливної суміші «на коліні», простота обслуговування і ремонту, відносна дешевизна конструкції. Основний недолік – підвищена витрата палива.

Історична довідка. Перший двигун даного типу сконструював і запатентував в 1888 році російський винахідник Огнеслав Костович. Оппозитная система горизонтально розташованих і рухаються назустріч один одному поршнів, до сих пір успішно використовується при створенні двигунів внутрішнього згоряння. Найвідомішим автомобілем, в якому використовувався ДВС даної конструкції, є Фольксваген Жук.

Бензинові інжекторні ДВС

Приготування ТВС здійснюється в камері згоряння двигуна, шляхом розпилення палива інжекторними форсунками. Управління уприскуванням здійснюється електронним блоком або бортовим комп’ютером автомобіля. Миттєва реакція керуючої системи на зміну режиму роботи двигуна забезпечує стабільність роботи і оптимальний витрата палива. Недоліком вважається складність конструкції, профілактика і налагодження можливі тільки на спеціалізованих станціях технічного обслуговування.

дизельні ДВС

Приготування паливно-повітряної суміші відбувається безпосередньо в камері згоряння двигуна. Після закінчення циклу стиснення повітря, що знаходиться в циліндрі, форсунка проводить уприскування палива. Займання відбувається за рахунок контакту з перегрітою в процесі стиснення атмосферним повітрям. Всього лише 20 років тому низькообертовим дизеля використовувалися в якості силових агрегатів спеціальної техніки. Поява технології турбонагнетанія відкрило їм дорогу в світ легкових автомобілів.

Шляхи подальшого розвитку ДВС

Конструкторська думка ніколи не стоїть на місці. Основні напрямки подальшого розвитку та удосконалення двигунів внутрішнього згоряння – підвищення економічності і мінімізація шкідливих для екології речовин в складі вихлопних газів. Застосування шаруватих паливних сумішей, конструювання комбінованих і гібридних ДВС – лише перші етапи довгого шляху.

Ссылка на основную публикацию