ДВС, что это такое в машине? Двигатель внутреннего сгорания

Что такое ДВС в машине? Устройство двигателя внутреннего сгорания, его виды и принцип работы

Автор: Alex Категория: Двигатель

За время своего существования инженерная мысль человечества изобрела различные типы двигателей, многие из которых применяются до сих пор, но некоторые из них стали лишь историческим фактом.

На данный момент все типы двигателей разделяются на следующие типы:

  • Электрические;
  • Гидравлические;
  • Тепловые.

Их название в первую очередь зависит от того, какой тип энергии они преобразуют в работу. К примеру, работа теплового двигателя основана на превращении энергии нагрева в механическое движение. Они в свою очередь бывают также двух типов:

  • С внешним сгоранием топлива. К ним относятся паровые моторы, а также двигатель Стирлинга.
  • С внутренним сгоранием. Их устанавливают в технику, начиная от транспортной авиации, морских перевозок и заканчивая автомобильным транспортом.

Именно двигателями внутреннего сгорания оборудовано большинство транспортных средств, используемых во всем мире. В этой статье мы расскажем о видах ДВС, а также об устройстве и работе ДВС поршневого типа.

ДВС, что это такое в машине?

Двигатель внутреннего сгорания, сокращенно ДВС - это мотор, тепловая машина, где химическая энергия углеводородного топлива, жидкого или газообразного, которое сгорает в рабочей камере сгорания, превращается в полезную работу. ДВС является "сердцем" автомобиля, поскольку именно в двигателе вырабатываемое тепло превращается в механическую энергию движения.

На картинке - работа двигателя внутреннего сгорания поршневого типа

Каждый, кто задается вопросом о ДВС, что это такое в машине, должен понимать, что современный технический прогресс создал большое разнообразие видов двигателей внутреннего сгорания.

Виды ДВС

В зависимости от типа рабочего механизма все разнообразие ДВС можно разделить на несколько категорий, встречаются:

  • Газотурбинные;
  • Роторные;
  • Поршневые.

Именно за счет этих механизмов в камере сгорания может осуществляться процесс превращения тепловой энергии в движущую силу, собственно за счет поршня, ротора или турбины. Давайте рассмотрим принцип работы каждого типа ДВС более подробно.

Газотурбинный двигатель

Работа газотурбинного двигателя основана на том, что топливо, воспламеняясь, толкает лопасти турбины. Другими словами происходит вращение лопастей за счет расширяющегося газа. И чем выше температура горения топлива, тем больше КПД у данного двигателя.

В свою очередь различают одновальные и двухвальные газотурбинные двигатели. Одновальные моторы имеют одну турбину, двухвальные - две. Помимо этого двухвальные агрегаты выдерживают большую нагрузку, чем одновальные. Такие двигатели чаще всего можно встретить в грузовых автомобилях, на кораблях, локомотивах, самолетах.

Роторный ДВС

Принцип работы роторного двигателя основан на постоянном вращении ротора с переменной тактов работы. Роторный двигатель имеет всего лишь один поршень, который одновременно и является ротором. Он вращается в цилиндре специальной формы, приспособленной для него.

Ротор в свою очередь соединен с валом и зубчатой передачей со стартером. Его лопасти при вращении ротора попеременно перекрывают камеру, где и сгорает топливо. Такой мотор имеет сбалансированную конструкцию, небольшой вес и компактный размер. Однако топлива подобный агрегат потребляет на 100 километров пути гораздо больше, чем поршневой двигатель.

Роторный двигатель в разное время ставился на некоторые модели "Мерседес", "Шевроле" и "Ситроен". Также в прошлом двигатель такой конструкции устанавливали и на моделях "ВАЗ-2108" и " ВАЗ-2109". В настоящее время роторный мотор можно увидеть на модели RX8 концерна "Мазда". Однако с 2012 года ее производство прекращено. На данный момент концерн готовит к выпуску новую модель спорткара "Мазда RX-9".

Поршневой двигатель

В ДВС с поршневым принципом работы камера сгорания находится внутри цилиндра, где сам поршень выполняет функцию подвижной части, которая в зависимости от этапа сгорания топлива и такта работы мотора поднимается или опускается. В свою очередь в двигателе автомобиля может находиться определенное число цилиндров. Их поршни через передаточный механизм приводят в движение коленвал, который и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное, что в конечном итоге и позволяет колесам автомобиля вращаться.

ДВС, что это такое в машине можно понять, рассмотрев его на данной картинке

Поршневой двигатель самый распространенный в автостроении из-за своих положительных характеристик:

  • Высокой мощности и надежности, в сравнении с другими типами ДВС;
  • Лучшей экономичности;
  • А также благодаря своим достаточно компактным размерам.

Классификация ДВС поршневого типа

Данные типы двигателей можно классифицировать по используемому горючему, встречаются:

  • Бензиновые;
  • Дизельные;
  • Газовые ДВС.

Также двигатели поршневого типа можно классифицировать по системе зажигания, они разделяются:

  1. На ДВС с принудительным воспламенением топлива;
  2. На двигатели, в которых топливо самовоспламеняется от сжатия.

В двигателях первого типа с принудительным возгоранием поджиг горючей смеси происходит за счет электрической искры, которая вырабатывается системой зажигания и подается через свечу прямо в цилиндры. В качестве топлива в них чаще всего используется бензин, реже можно встретить модели, работающие на газе.

Помимо этого бензиновые двигатели могут также различаться и способом подачи горючей смеси в рабочую камеру сгорания. Делятся они на карбюраторные и инжекторные системы.

Дизельные же двигатели относятся к моторам, где возгорание топлива осуществляется самопроизвольно, от сжатия его поршнем. В ДВС этого типа используется преимущественно наиболее экологическое дизельное топливо, но при необходимости двигатель может работать и на других горючих жидкостях, начиная от керосина и мазута, и заканчивая рапсовым и пальмовым маслом.

В свою очередь двигатели внутреннего сгорания также различаются количеством тактов в рабочем цикле. Встречаются четырехтактные и двухтактные моторы. Каждый из них имеет свои как положительные стороны, так и отрицательные. Однако четырехтактные ДВС самые распространенные из всех поршневых. Двухтактные же моторы в современных автомобилях не используются.

Поршневые типы двигателей по расположению цилиндров в моторе также разделяются на несколько подвидов, самыми распространенными из них являются:

  • Рядные двигатели. В ДВС данной конструкции цилиндры выстроены в один ряд, и поршни вращают общий коленвал. Такие двигатели также обозначаются индексом "Rx", где X - число цилиндров.
  • V-образные моторы. Этот тип двигателя отличается от предыдущего тем, что цилиндры в нем расположены напротив друг друга в виде буквы "V", при этом могут образовывать угол от 10 до 120 градусов. Такая конструкция в свою очередь позволяет значительно уменьшить длину двигателя.
  • Vr-образная конструкция представляет собой нечто среднее между рядным и V-образным двигателем. При этом угол между цилиндрами в нем максимально мал, всего 15 градусов.
  • Оппозитные ДВС. Отличительной особенностью этих двигателей является угол между цилиндрами, который составляет целых 180 градусов.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

В первую очередь необходимо помнить, что ДВС состоит из множества составляющих элементов и вспомогательных систем, являющихся составной частью двигателя. Для упрощения их можно сгруппировать в следующе группы:

  • Кривошипно-шатунный механизм;
  • Газораспределительный механизм;
  • Система смазки и охлаждения;
  • Топливная и выхлопная система;
  • Система зажигания.

Давайте разберем каждую часть более подробно.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм – одно из важнейших устройств в поршневом двигателе. Именно этот механизм выполняет две важные функции в машине - вырабатывание тепла и преобразование этой энергии в механическую работу. Состоит данный механизм из следующих деталей:

  • Блок цилиндров;
  • Головка блока цилиндров (ГБЦ);
  • Системы передачи движений от поршней на коленчатый вал;
  • Коленвал с маховиком.

Блок цилиндров является основой, на которой размещается множество навесных частей мотора, таких как ГБЦ и картер. Помимо этого также выполняет функцию каркаса для размещения в нем цилиндров.

Газораспределительный механизм

В свою очередь головка блока цилиндров является основой для такого важного составляющего мотора как механизм газораспределения, который расположен в полости головки, называемой картер. Именно за счет данного механизма в цилиндры своевременно поступает необходимое количество топливной смеси, а также выводятся продукты сгорания из цилиндров. Осуществляется этот процесс за счет клапанов, которые открываются и закрываются в определенный промежуток времени на разных этапах работы двигателя.

На картинке - устройство кривошипно-шатунного и газораспределительного механизма ДВС

Механизм газораспределения состоит также из множества составляющих, к ним относятся такие элементы как:

  • Распределительный вал. В зависимости от конкретного двигателя распредвал может быть один или их может быть два на каждый ряд цилиндров.
  • Клапана, которые делятся на впускные и выпускные.
  • Различные детали привода клапанов и элементов газораспределительного механизма.

Механизм газораспределения приводится в действие от коленвала, связан с распредвалом посредством ремня или цепи, который при вращении с помощью передаточных систем и нажимает на клапана, тем самым заставляя их в нужный момент открываться и закрываться. Все это крепится на специальной площадке головки блока цилиндров. ГБЦ же присоединяется к блоку цилиндров с помощью особых винтов и специальной соединительной прокладки.

Система питания

Работа системы питания заключается в создании горючей смеси путем смешивания воздуха с топливом в определенных пропорциях, оптимальных для работы двигателя.

  1. В карбюраторных моторах процесс смешивания протекает в самом карбюраторе за счет разницы давления, возникающего при работе поршня в цилиндре. Затем данная смесь попадает в рабочие камеры цилиндров через впускной коллектор и клапаны.
  2. В инжекторных ДВС процесс приготовления топливной смеси происходит во впускном коллекторе (встречаются и исключения). В двигателях этой конструкции топливо под высоким давлением впрыскивается в коллектор через такие элементы как форсунки, после чего и происходит смешивание бензина с воздухом.

В отличие от карбюраторного двигателя, насос которого является механическим, в инжекторной системе установлен электрический. Он позволяется обеспечить нужное давление в системе при подаче бензина. Весь этот процесс контролируется электронной системой автомобиля. Путем сбора информации с множества датчиков компьютер решает, в какой момент следует произвести подачу бензина. Одновременно с этим открывается нужный клапан, и готовая топливная смесь подается в цилиндр.

Система зажигания

Система зажигания предусмотрена в конструкциях только бензиновых ДВС. Работа данной системы заключается в поджиге топливной смеси в камере сгорания. Происходит это действие в определенный промежуток времени с помощью свечи зажигания. Между электродами свечи проскакивает электрическая искра, которая и воспламеняет горючую смесь в нужный момент.

В дизельных же двигателях системы зажигания попросту нет, поскольку топливо в ДВС этой конструкции самовоспламеняется за счет сжатия. Вместо свечи в них установлена форсунка высокого давления, которая впрыскивает дизельное топливо под высоким давлением прямо в цилиндр. Причем это происходит в тот момент, когда воздух в цилиндре уже сжат и разогрет порядка до 700 градусов. Именно при этой температуре дизтопливо способно самовоспламеняться, что и происходит практически сразу после его впрыска в цилиндр.

Выхлопная система

Выхлопная система служит для отвода отработанных газов из камеры сгорания наружу. В первую очередь отработавшие газы попадают из головки блока цилиндров в выпускной коллектор. Он собирает газы из каждого цилиндра индивидуально и направляет их в одну трубу.

На картинке - устройство выхлопной системы автомобиля

Далее отработавшие газы проходят через каталитический нейтрализатор, где вредные газы превращаются в менее опасные. Хотя его может и не быть, если автомобиль достаточно старый. Тогда газы поступают сразу в глушитель, который уменьшает шум выхлопа, после чего они просто выходят через выхлопную трубу.

Стоит отметить, что выхлопная труба обычно располагается в задней части автомобиля, поскольку именно оттуда выхлопные газы имеют меньше всего шансов попасть в салон.

Система смазки

Итак, мы с вами познакомились с двумя механизмами, которые применяются в автомобильном двигателе, это кривошипно-шатунный и механизм газораспределения. Стоит обратить внимание на то, что детали этих механизмов соприкасаются друг с другом и двигаются относительно друг друга. Как известно из школьного курса физики трущиеся детали приводят к износу друг друга, то есть они просто изнашиваются и для того чтобы снизить износ, как правило, используют смазывающие средства. В автомобильных двигателях для смазки трущихся деталей, снижения их износа и уменьшения силы трения между деталями для увеличения КПД мотора применяется система смазки.

На картинке - схема работы системы смазки рядного ДВС

На этой схеме мы видим часть системы смазки, внизу располагается так называемый картер, это некий поддон в котором находится смазочное масло. В первую очередь масло под давлением подается в масляный фильтр, там очищается и по одним каналам попадает к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала. По другим каналам масло подводится в газораспределительный механизм, поскольку распредвал также испытывает трение и соответственно должен смазываться.

После того как масло сделало свое дело, смазало все необходимые детали, оно стекает по каналам обратно в поддон. Таким образом, происходит круговорот, стекающее масло через сетку попадает в масляный насос, затем в фильтр, после в систему смазки, возвращается в картер и опять по кругу.

Стоит отметить, если по каким-то причинам масло не может попасть в фильтр, то при превышении давления определенного значения открывается редукционный клапан и лишнее масло стекает обратно в поддон, что предотвращает поломку масляного насоса. Также на некоторых мощных моторах в системе предусматриваются еще и радиаторы для того, чтобы это моторное масло охлаждать.

Система охлаждения

Как известно во время работы ДВС выделяется большое количество тепла. Цилиндр двигателя может нагреться до нескольких сотен градусов. Поэтому для того чтобы отвести лишнее тепло от самых разогреваемых деталей применяется система охлаждения двигателя.

Для этого в автомобильных моторах предусмотрены специальные полости, которые заполнены охлаждающей жидкостью. И вот эта жидкость, двигаясь по системе охлаждения, принудительно омывает стенки цилиндров и другие наиболее горячие элементы, отбирая у них тепло.

Практически во всех современных ДВС установлена система охлаждения жидкостного типа, которая состоит из следующих элементов:

  • Радиатор с вентилятором системы охлаждения;
  • Термостата;
  • Водяной помпы;
  • Расширительного бачка;
  • Радиатора и вентиляторов системы отопления салона;
  • Термодатчика.

На картинке – система жидкостного охлаждения автомобильного двигателя

Принцип работы системы охлаждения на всех двигателях примерно одинаков. В целом работает система в двух режимах:

  1. До температуры срабатывания термостата. Когда охлаждающая жидкость в системе течет по малому кругу, протекает лишь в самом двигателе.
  2. Выше температурного порога срабатывания термостата. Когда температура охлаждающей жидкости превышает заданный температурный порог, при котором срабатывает термостат. При этом внутренние каналы системы охлаждения переключаются, и жидкость начинает течь по большому кругу, в частности через радиатор охлаждения.

Температура срабатывания термостата, как правило, составляет около 90 градусов. На разных моделях автомобилей это значение может немного отличаться. Таким образом, данная система не позволяет двигателю перегреться, отводя тепло от самых горячих элементов и поддерживая оптимальную температуру работы мотора.

Такты работы двигателя внутреннего сгорания

Тактом называют процесс, который происходит в цилиндре за одно движение поршня в нижнюю или верхнюю мертвую точку, а сумму этих тактов, как правило, называют рабочим циклом ДВС. Как уже было сказано выше, бывают двухтактные и четырехтактные двигатели.

Четырехтактный ДВС

Если ДВС осуществляет четыре этапа рабочего цикла, то двигатель называют четырехтактным. Давайте разберем каждый такт данного типа двигателя более детально.

  1. Первый такт называется "впуск". Он сопровождается образованием горючей смеси из поступающего топлива и воздуха. Далее происходит подача горючей смеси в камеру сгорания через впускной клапан за счет снижения давления в цилиндре, когда поршень движется вниз.
  2. Второй такт определяется как "сжатие". В этот момент впускной клапан закрывается, и поршень поднимается в верхнюю мертвую точку, сжимая топливо. Таким образом, первые два такта производят один поворот коленвала.
  3. Третий такт имеет название "рабочий ход". Топливо поджигается искрой от системы зажигания, либо оно впрыскивается и самовоспламеняется от сжатия в случае дизельного ДВС. После чего в камере сгорания происходит воспламенение горючей смеси с образованием большого количества продуктов распада. Благодаря этому явлению давление в цилиндре резко увеличивается, опуская при этом поршень в низ. Такое движение поршня запускает второй оборот коленвала.
  4. Последний такт называется "выпуск". Данный процесс сопровождается открытием выпускного клапана, после чего поршень снова поднимается вверх и выхлопные газы просто выводятся из камеры цилиндра через открытый клапан.

На картинке – рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного ДВС, благодаря движению поршней в моторе, позволяет произвести два оборота коленчатого вала, которые в конечном итоге и преобразуются во вращение колес.

Двухтактный мотор

В двухтактных же моторах, полный рабочий цикл протекает всего за два этапа работы поршня, называемых:

  1. Сжатие;
  2. Рабочий ход.

Такт "сжатия" начинается с движения поршня из нижнего положения в верхнее. В этот момент происходит единый процесс газообмена, называемый продувкой, при котором закрывается сначала продувочное, а потом и выпускное отверстие. Далее происходит процесс сжатия топливной смеси поршнем. Одновременно с этим в картере под поршнем создается разряжение, благодаря этому через открытый впускной клапан в кривошипную камеру подается топливная смесь.

Такт "рабочий ход" берет свое начало уже с верхнего положения поршня, когда сжатая горючая смесь воспламеняется от искры. После этого происходит расширение сгорающего топлива, и поршень начинает двигаться в низ. Этим действием поршень также создает давление в картере под кривошипной парой и тем самым закрывает впускной клапан, не позволяя газам попасть обратно во впускной коллектор.

На схеме - рабочий цикл двухтактного ДВС

После того как поршень достигнет выпускного отверстия, давление газов в цилиндре начнет снижаться, выхлопные газы устремляются на выпуск. Опускаясь все ниже, поршень открывает продувочное отверстие, и топливная смесь под давление перемещается в цилиндр, вытесняя остатки выхлопных газов. Далее цикл повторяется снова.

Это все что мы хотели сказать по данному вопросу, теперь вы знаете, как работает ДВС, что это такое в машине и из чего он состоит. Надеемся, что данный материал оказался для вас полезным. Будем рады увидеть ваше мнение в комментариях.

Рейтинг 5.00 [1 Голос]

Понравилась статья? ПОСТАВЬ ЛАЙК!
5.0 из 5, основанный на 1 голосе

Добавить комментарий

Войти через соц. сети

                 


Защитный код
Обновить