Як влаштований двигун внутрішнього згоряння, новий спосіб

У чому так досягла успіху людська думка у відомій нам історії? Використання вогню, винахід колеса, використання робочої сили тварин коней, биків, створення механізмів. Людина мислив особливо старанно, коли стикався з великими питаннями, а пристрасть вирішити їх оптимально і гарантовано не покидала його. Ось чому людина винайшов двигун внутрішнього згоряння. Це відповідь всім новим викликам, які ставили перед ним завдання. У кожної грамотно поставленого завдання існує рішення, тому винахід двигуна - всього лише відповідь на самий пересічний питання: як можна пересуватися швидко на рухомій візку. без використання сили тварин?

Це можливо! Перша умова - необхідний сам механізм, сам пристрій, структура, яка переміщається. Це колеса, кабіна і кермо. Але як змусити колеса крутитися і весь механізм їхати, перевозити людини на борту? Для цього був винайдений двигун.

Як влаштований двигун внутрішнього згоряння

ДВС пройшли тривалий шлях розвитку від коптять і часто ламаються примітивних моторів, до надсучасних бітурбірованним двигунів, але принцип їх роботи залишився все той же - теплота згоряння палива перетворюється в механічну енергію. Назва «двигун внутрішнього згоряння» використовується тому, що паливо згорає в середині двигуна, а не зовні, як в двигунах зовнішнього згоряння - парових турбінах і парових машинах. Завдяки цьому ДВС отримали безліч позитивних характеристик: вони стали набагато легше і економічніше; стало можливим позбутися додаткових агрегатів для передачі енергії згоряння палива або пара до робочих частин двигуна; паливо для ДВС має заданими параметрами і дозволяє отримувати значно більше енергії, яку можна перетворити в корисну роботу.

пристрій ДВС

Незалежно від того, на якому паливі працює двигун - бензин, дизель, пропан-бутан або екопаливо на основі рослинних масел - головним діючим елементом є поршень, який знаходиться всередині циліндра. Поршень схожий на металевий перевернутий стакан (скоріше підійде порівняння з келихом для віскі - з плоским товстим дном і прямими стінками), а циліндр - на невеликий шматок труби, всередині якої і ходить поршень. У верхній плоскій частині поршня є камера згоряння - поглиблення круглої форми, саме в неї потрапляє паливно повітряна суміш і тут же детонує, приводячи поршень в рух. Цей рух передається на колінчастий вал за допомогою шатунів. Шатуни верхньої своєю частиною прикріплені до поршня за допомогою поршневого пальця, який просовується в два отвори з боків поршня, а нижній - до шатунной шийці колінчастого вала. Перші ДВС мали всього один поршень, а й цього було досить, щоб розвинути потужність в кілька десятків кінських сил. У наш час теж застосовуються двигуни з одним поршнем, наприклад пускові двигуни для тракторів, які виконують роль стартера. Однак найбільше поширені 2-х, 3-х, 4-х, 6-й і 8-циліндрові двигуни, хоча випускаються двигуни на 16 циліндрів і більш.

Поршні і циліндри знаходяться в блоці циліндрів. Від того, як розташовані циліндри по відношенню один до одного і до інших елементів двигуна, виділяють кілька видів ДВС: рядні - циліндри розташовані в один ряд; V-подібні - циліндри розташовані один проти одного під кутом, в розрізі нагадують букву «V»; U-образні - два об'єднаних між собою рядних двигуна; X-образні - ДВС зі здвоєними V-подібними блоками; оппозітниє - кут між блоками циліндрів становить 180 градусів; W-подібні 12-циліндрові - три або чотири ряди циліндрів встановлені в формі літери «W»; зіркоподібні двигуни - застосовуються в авіації, поршні розташовані радіальними променями навколо колінчастого вала.

Схема роботи бензинового двигуна внутрішнього згоряння складається з чотирьох тактів:

Поршень є головним елементом двигуна внутрішнього згоряння, який пов'язаний шатуном з колінчастим валом. Так званий, кривошипно-шатунний механізм, що перетворює прямолінійний зворотно-поступальний рух поршня в радіальне рух коленвала.

Робочий цикл двигуна внутрішнього згоряння:

1. Такт впуску. На цьому етапі поршень опускається з верхньої крайньої точки в нижню крайню точку, при цьому кулачки розподільного вала відкривають впускний клапан, і через нього повітряно-паливна суміш надходить з карбюратора в камеру згоряння циліндра. Коли поршень доходить до нижньої мертвої точки, впускний клапан закривається.

2. Такт стиску - поршень, стискаючи паливну суміш, повертається з нижньої мертвої точки у верхню. Температура суміші при цьому істотно збільшується. Коли поршень доходить до верхньої крайньої точки, свічка запалювання запалює стиснуту робочий суміш.

3. Робочий такт. Впускний і випускний клапани, під час цього такту, закриті. Займання горюча суміш згорає при високій температурі, що утворилися гази моментально розширюються і штовхають поршень вниз.

4. Такт випуску. На заключному етапі робочого циклу колінвал продовжує обертатися за інерцією, поршень йде в верхню мертву точку. У той же час відкривається клапан випуску, і поршень витісняє відпрацьовані гази в вихлопну трубу. Коли він досягає верхньої крайньої точки, випуск закривається.

Після закінчення такту необов'язково починається наступний такт. Така ситуація називається перекриттям клапанів, тобто коли одночасно відкриті обидва клапани (впуску та випуску). Це необхідно для ефективного наповнення циліндра повітряно-паливним з'єднанням, а також для більш результативної очищення циліндрів від вихлопних газів. Після цього робочий цикл повторюється.

Відмінною особливістю двигуна внутрішнього згоряння є те, що поршень рухається прямолінійно, а рух, що здійснюється при згорянні паливної суміші, - обертальний. Лінійний хід поршнів перетворюється в поворотний рух, необхідне для роботи коліс автомобіля, за допомогою колінчастого валу.

Основні елементи двигуна. які беруть участь в перетворенні теплової енергії в механічну:

1. Свічка запалювання - виробляє електричну іскру, яка запалює повітряно-паливну суміш. Іскра повинна з'являтися в заданий момент часу для рівномірного і безперебійної роботи поршня.

2. Клапани. Випускні і впускні клапани закриваються і відкриваються в заданий момент, впускаючи повітря в циліндр і випускаючи відпрацьовані гази. Під час процесу горіння паливної суміші обидва клапана закриті. Клапан випуску відкривається до досягнення поршня крайньої нижньої точки і залишається відкритим до проходження поршня до верхньої крайньої точки. До цього моменту впускний вже буде відкритий.

3. Поршень. Утворені під час згорання паливної суміші гарячі гази видавлюють поршень, передаючи енергію через шатун і палець коленвалу. Для збереження компресії в циліндрах на поршень встановлюються ущільнюючі чавунні кільця. Для підвищення зносостійкості поршневі кільця покриваються тонким шаром пористого хрому. Їх знос відбувається, в середньому, через кожні 3 тисячі кілометрів пробігу.

4. Шатун - з'єднує колінчастий вал з поршнем. Обертання шатуна є двостороннім, це потрібно для того, щоб його кут міг змінюватися в залежності від місця розташування поршня, забезпечуючи рух коленвала. Зазвичай шатуни роблять зі сталі, іноді з алюмінію.

5. Колінчастий вал. Поворот колінчастого вала здійснюється внаслідок вертикального ходу поршня. Колінвал надає руху колеса автомобіля.

У більш сучасних авто шків коленвала пов'язаний також із шківами кондиціонера і гідропідсилювача керма. Паливо подається в двигун через карбюратор або інжектор. Карбюраторні ДВС вже відживають своє через недосконалість конструкції. У таких ДВС йде суцільний потік бензину через карбюратор, потім паливо змішується у впускному колекторі і подається в камери згоряння поршнів, де детонує під дією іскри запалювання. В інжекторних двигунах безпосереднього вприскування паливо змішується з повітрям в блоці циліндрів, куди подається іскра від свічки запалювання. Газорозподільний механізм відповідає за злагоджену роботу системи клапанів.

Впускні клапани забезпечують своєчасне надходження Топлівновоздушная суміші, а випускні відповідають за виведення продуктів згоряння. Як ми вже писали раніше, така система використовується в чотиритактних двигунах, тоді як в двотактних необхідність в клапанах відпадає.