На чем основан принцип работы ДВС

Система питанияпроизводит подготовку новой порции рабочей смеси, состоящей из воздуха и топлива, и ее подвод в цилиндры двигателя. У карбюраторного двигателя она состоит из воздухоочистителя, фланца, карбюратора, впускного трубопровода, топливного насоса с фильтром-отстойником, бензопровода и бензобака.

Сверху цилиндр 5 накрыт головкой 1 с клапанами 15 и 17, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня.

Схема устройства поршневого двигателя внутреннего сгорания:
а — продольный вид, б — поперечный вид; 1 — головка цилиндра, 2 — кольцо,
3 — палец, 4 — поршень, 5 — цилиндр, 6 — картер, 7 — маховик, 8 — коленчатый вал,
9 — поддон, 10 — щека, 11 — шатунная шейка, 12 — коренной подшипник, 13 — коренная шейка,
14 — шатун, 15, 17- клапаны, 16 — форсунка

Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю: верхней мертвой точкой (ВМТ), соответствующей наибольшему удалению поршня от вала (см. рис. 6), и нижней мертвой точкой (НМТ), соответствующей наименьшему удалению его от вала.

Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком 7, имеющим форму диска с массивным ободом.

Расстояние, проходимое поршнем, между мертвыми точками называется ходом поршня S, а расстояние между осями коренных и шатунных шеек — радиусом кривошипа R (рис. б). Ход поршня равен двум радиусам кривошипа: S = 2R. Объем, который описывает поршень за один ход, называется рабочим объемом цилиндра (литражом) V_h:

Объем над поршнем V_c в положении ВМТ (см. рис. а) и называется объемом камеры сгорания (сжатия). Сумма рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания составляет полный объем цилиндра V_a:

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия е:

Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, так как сильно влияет на его экономичность и мощность.

Принцип работы.

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ.

Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан 15 и топлива через форсунку 16 или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через выпускной клапан 17. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива.

1. Такт впуска — Впускается топливо-воздушная смесь
2. Такт сжатия — Смесь сжимается и поджигается
3. Такт расширения — Смесь сгорает и толкает поршень вниз
4. Такт выпуска — Продукты горения выпускаются

Системы и механизмы двигателя, и их назначение.

Кривошипно-шатунный механизмвоспринимает давление газов в цилиндрах и преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из цилиндра, головки, поршня, поршневого пальца, шатуна, картера, коленчатого вала и других деталей.

Система питанияпроизводит подготовку новой порции рабочей смеси, состоящей из воздуха и топлива, и ее подвод в цилиндры двигателя. У карбюраторного двигателя она состоит из воздухоочистителя, фланца, карбюратора, впускного трубопровода, топливного насоса с фильтром-отстойником, бензопровода и бензобака.

Механизм газораспределенияуправляет своевременным впуском свежего заряда топлива и выпуском отработавших газов. Он состоит из распределительных шестерен, кулачкового вала, толкателя, пружины и клапанов.

Система зажиганиякарбюраторных двигателей обеспечивает подачу импульса электротока высокого напряжения на контакты свечи для получения искры, необходимой для воспламенения рабочей смеси.

Система охлажденияпредотвращает перегрев двигателя отводом тепла от стенок цилиндров и головок. Она состоит из водяных рубашек, блока и головок, радиатора, вентилятора водяного насоса и других элементов.

Система смазкиобеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям и отвод продуктов износа. Она состоит из масляного поддона, насоса, фильтров грубой и тонкой очистки масла, маслопроводов и масляных клапанов.

Кроме перечисленных систем и механизмов двигатель оборудуется пусковым устройством, приборами контроля и управления и вспомогательными механизмами, например подогревателями.

Основные понятия и термины. Мертвые точки — это крайние положения, занимаемые поршнем при его движении. Наиболее отдаленное положение поршня от оси коленчатого вала называется верхней мертвой точкой (ВМТ), наиболее близкое положение — нижней мертвой точкой (НМТ).

Ход поршня — это расстояние между крайними положениями поршня, равное двойному радиусу кривошипа.

Рабочий объем цилиндр — это объем, освобождаемый в цилиндре при перемещении поршня от ВМТ до НМТ.

Объем камеры сжатия — это объем пространства, образуемого над поршнем при положении его в ВМТ.

Полный объем цилиндра — это сумма рабочего объема и объема камеры сжатия.

Степень сжатия — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом , в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

В подавляющем большинстве легковых автомобилей устанавливают четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, поэтому мы и берём его за основу. Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового ДВС, предлагаем вам взглянуть на рисунок:

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Давайте ещё раз повторим определения, а затем посмотрим это видео.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом , в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.

И так, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания устроен не очень сложно. Как говорится, все гениальное – просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, на котором также очень хорошо показан принцип работы ДВС.

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.

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.

Работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) основана на расширении газов при быстром сгорании горючей смеси, поступившей в цилиндр. Газы двигают поршень вниз, а в это время, благодаря форме коленчатого вала, второй поршень поднимается. Движение поршней обеспечивает постоянную работу коленвала.

В 1807 году изобретатель Франсуа де Ривас изобрел первый двигатель с использованием поршня, шатунов и искры для зажигания сгораемой смеси. С тех пор происходит усовершенствование этой модели.

Принцип работы ДВС

Работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) основана на расширении газов при быстром сгорании горючей смеси, поступившей в цилиндр. Газы двигают поршень вниз, а в это время, благодаря форме коленчатого вала, второй поршень поднимается. Движение поршней обеспечивает постоянную работу коленвала.

Существует несколько классификаций ДВС. По виду применяемого топлива они подразделяются на следующие типы:

• работающие на легком топливе (газ, бензин);
• работающие на тяжелых жидкостях (дизель, мазут).

По месту образования горючих смесей выделяют:

• наружные — карбюраторные (смесь образуется снаружи двигателя);
• внутренние — инжекторные (смесь находится в цилиндре двигателя).

Недостатки карбюраторных двигателей

Долгие годы в автомобилестроении применялись карбюраторные ДВС. Смесь образовывалась в карбюраторе и вводилась в цилиндр двигателя, где воспламенялась искрой свечи. При этом точно рассчитать соотношение топлива и воздуха было невозможно, поэтому настройка производилась с четом переизбытка в ней бензина. Это приводило к неполному его сгоранию. В выхлопных газах оставалось много топлива, особенно в условиях езды в населенных пунктах.

Недостатки карбюраторных двигателей:

• низкая мощность;
• большой расход топлива;
• высокая концентрация загрязняющих веществ в выбросах.

С увеличением количества автомобилей в городах содержание в атмосфере опасных для экологии выхлопных газов стало приближаться к критическому. Перед инженерами встал вопрос снижения токсичности выбросов. Применение специальных фильтров и катализаторов в выхлопной системе не дало серьезного положительного эффекта и привело к еще более серьезному падению мощности ДВС.

Инжекторные двигатели

С целью устранения недостатков, которые имелись в карбюраторных двигателях, был разработан способ впрыска готовой смеси непосредственно в каждый из цилиндров. Для этого нужно точно определять, какое количество воздуха должно быть в топливе, чтобы обеспечить его полное сгорание. На выходе устанавливается датчик, считывающий эти показатели и передающий данные в систему, формирующую смесь. Этот датчик назван лямбда-зонд. Информацию собирает и обрабатывает электронный блок управления.

В каждом из цилиндров имеется отдельная форсунка. Бензонасос создает давление в топливной сети. Под давлением смесь подается в цилиндр. Электронный блок определяет время открытия и закрытия форсунки, тем самым регулируя количество подаваемой смеси. Для улучшения работы системы в ней предусмотрены следующие дополнительные датчики:

• расхода воздуха;
• расположения дроссельной заслонки;
• охлаждающей жидкости;
• расположения коленчатого вала;
• кислорода;
• детонации.

Внедрение технологии впрыска позволяет добиться:

• идеальной концентрации горючей смеси;
• более экономного расхода топлива;
• увеличение мощности двигателя;
• возможности запуска ДВС в любых климатических условиях;
• уменьшения токсичности выбросов.

Типы инжекторных систем

• Одноточечный впрыск. Это фактически аналог карбюратора. Форсунка одна и она находится перед впускным коллектором. Такая система позволяет переделать карбюраторные двигатели в инжекторные без существенных изменений конструкции.
• Многоточечный впрыск. Топливо при таком виде впрыска подается к каждому цилиндру отдельно вблизи впускного клапана. Это позволяет увеличивать мощность двигателя на 10%.

Таким образом, внедрение инжекторных двигателей стало революционным шагом на пути увеличения КПД двигателя и улучшения его экологичности.

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.

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:

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:

Схема топливной системы ДВС

— 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.

Общее устройство и работа двигателя внутреннего сгорания достаточно простая и взаимосвязанная. Если один из элементов вышел со строя или отсутствует, то эксплуатация автомобильных двигателей будет невозможна.

Вывод

Конструкция и особенности современных моторов постоянно совершенствуются. Так, весь мир уже невозможно представить без выхлопных газов, машин и автосервисов. Работающий ДВС узнать легко по характерному звуку. Принцип работы и устройство двигателя внутреннего сгорания достаточно простое, если разобраться один раз.

А вот, что качается технического обслуживания, то здесь поможет смотреть техническую документацию. Но, если человек не уверен, что он может провести ТО или ремонт автомобиля своими руками, то стоит обратиться в автосервис.