Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Содержание

1. Принципиальные основы функционирования автомобильных  двигателей
2. Как работает двигатель внутреннего сгорания
3. Элементы и термины
4. Рабочий цикл у стандартного четырехтактного бензинового ДВС
5. 1. Впуск
6. 2. Сжатие
7. 3. Расширение
8. 4. Выпуск
9. Отличия в работе дизельного двигателя
10. Особенности работы многоцилиндровых двигателей
11. Из чего еще состоит мотор?
12. Кривошипно-шатунный механизм
13. Газораспределительный механизм (ГРМ)
14. Охладительная система
15. Система смазки
16. Система питания
17. Заключение
18. Видео: Общее устройство бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания

Сегодня подавляющее большинство автомобилей оборудуется двигателями внутреннего сгорания. Это достаточно надежные и мощные агрегаты, которые способны длительное время обеспечивать работу всех типов автомобилей. Среди ДВС выделяют две большие группы – бензиновые моторы и дизельные. Несмотря на определенные различия в работе, некоторых конструктивных элементах и заправку разными видами топлива, работа и основные узлы в целом схожи.

Принципиальные основы функционирования автомобильных  двигателей

Бензиновый двигатель заправляется легким топливом — бензином, и превращают энергию его горения в механическую работу для обеспечения движения. В процессе бензин смешивается с воздухом и загорается от электрической свечи в специальной камере сгорания. В результате этого поршень приходит в движение, передавая усилие через коленчатый вал на трансмиссию.

Дизельные двигатели заправляются специальным дизельным топливом (соляркой). Основные принципы работы этих агрегатов схожи с бензиновыми ДВС, но смесь топлива и воздуха в цилиндре не поджигается электрической свечой, а воспламеняется самостоятельно при сжатии топливно-воздушной смеси поршнем.

В основе работы каждого из типов двигателей лежит свойство расширения любого газа при нагревании. Топливо, загораясь в цилиндре, нагревает воздух в нем, затем толкает поршень, который перемещается, через шатун вращая коленчатый вал, к которому присоединяется трансмиссия автомобиля.

К недостаткам как бензиновых, так и дизельных моторов относится сравнительно небольшой коэффициент полезного действия, в  среднем имеющий показатель 20 %. Это означает, что при сгорании 10 л топлива, только 2 л тратится на то, чтобы привести автомобиль в движение, а тепло от сгорания еще 8 литров, просто рассеивается в атмосфере. Тем не менее двигатель внутреннего сгорания — это наиболее эффективный и надежный тепловой двигатель из известных человечеству.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Чтобы разобраться, как функционирует бензиновый или дизельный мотор, лучше всего рассмотреть одноцилиндровую модель этого механизма, обладающую самой простой конструкцией.

Элементы и термины

Основными узлами двигателя являются цилиндр и расположенный в нем поршень, который перемещаются вверх и вниз. Крайнее верхнее положение поршня определяют как верхняя мертвая точка, сокращенно ВМТ, а крайнее нижнее положение называют крайней нижней мертвой точкой, или НМТ. Линейное расстояние между этими двумя точками называют ходом поршня. В работе мотора участвуют и  другие необходимые элементы, а процессы описываются такими терминами:

1. Камера сгорания, по другому называется камера сжатия – это пространство, расположенное между головкой цилиндра и расположенным в цилиндре поршнем, когда он располагается в ВМТ. Именно здесь возгорается топливо.
2. Рабочий объем цилиндра – объем в середине цилиндра между ВМТ и НМТ. Тогда, объем у многоцилиндрового двигателя – суммарный рабочий объем всех цилиндров, входящих в его состав, он указывается в технической документации. В автомобилях чаще всего встречаются 4-х цилиндровые двигатели, но бывают 6, 8 и 12-цилидровые ДВС. От объема напрямую зависит мощность мотора.
3. Степень сжатия – это соотношение рабочего объема мотора и объема камеры сгорания.
4. Такт двигателя – это периодический процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня. Большинство двигателей – четырехтактные, то есть работают по 4 разным тактам.

Рабочий цикл у стандартного четырехтактного бензинового ДВС

Работа четырехтактного мотора подразделяется на 4 такта, во время которых происходят такие процессы:

1. Впуск

Поршень движется по цилиндру до НМТ, создавая разрежение. В этот момент в цилиндр проникает топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие

Поршень движется до ВМТ, при этом клапаны перекрыты, за счет чего в камере сгорания увеличивается давление, а топливно-воздушная смесь нагревается и молекулы кислорода больше контактируют с молекулами топлива. В конце этого такта смесь воспламеняется, для чего в бензиновом двигателе предусмотрена свеча зажигания.

3. Расширение

Топливно-воздушная смесь загорается и нагревается, при этом она расширяется при закрытых клапанах, и обеспечивает рабочий ход поршня до НМТ. В результате полезная энергия вращает коленчатый вал, переходя из тепловой в механическую.

4. Выпуск

Поршень переходит из НМТ в ВМТ, выпускной клапан открывается, и отработанные газы идут в выпускной коллектор, а через него попадают в атмосферу.

Все такты  повторяются непрерывно, тем самым обеспечивая работу мотора и постоянное вращение коленчатого вала. 

Отличия в работе дизельного двигателя

Общая схема работы четырехтактного дизеля схожа с бензиновым ДВС, но имеются и некоторые отличия. В первом такте в цилиндр заходит чистый воздух, во втором – этот воздух сжимается, в результате чего в камере сгорания достигается температура более 600 °С и только в конце данного такта в цилиндр поступает топливо, которое воспламеняется в очень горячем воздухе. Третий и четвертый такты происходят так же, как у бензинового ДВС. Именно поэтому в дизеле не используются электрические свечи зажигания.

Особенности работы многоцилиндровых двигателей

В большинстве легковых машин устанавливаются четырехцилиндровые двигатели. Это сделано для того, чтобы работа была более ровной и плавной. Причина данного решения связана с тем, что в моторе полезная энергия выделяется только в третьем такте рабочего хода, в остальных тактах она затрачивается. Это означает, что если оборудовать автомобиль одноцилиндровым двигателем, при его работе будут чувствоваться сильные толчки при работе. Это приведет к появлению излишней вибрации и снизит ресурс двигателя.

Решить проблему удалось применением четырехцилиндровой компоновки двигателя. Его работа организована таким образом, что рабочий ход одного из поршней дает дополнительную энергию трем остальным поршням. Этим достигается плавность и снижается интенсивность вибраций при работе двигателя.

Из чего еще состоит мотор?

Для нормальной работы двигателей внутреннего сгорания на них применяются дополнительные системы и узлы, обеспечивающие их стабильную, надежную и длительную работу. К основным вспомогательным  механизмам относят:

1. Кривошипно-шатунный механизм.
2. Систему ГРМ (газораспределительную).
3. Охлаждающую систему.
4. Систему смазки.
5. Систему закачки топлива.

Чтобы полностью разобраться в принципах работы ДВС, требуется понять, для чего нужен, и как работает каждый из этих узлов.

Кривошипно-шатунный механизм

Данный узел представляет механизм, через которых поступательное движение поршня трансформируется во вращательное движение коленчатого вала. Он включается в себя такие детали:

• поршень, на который производится давление расширяющихся при сгорании газов, в результате чего он с силой давит на шатун. В поршне имеются канавки для установки поршневых колец, которые препятствуя выходу газов;
• поршневой палец прочно, но подвижно соединяет поршень и шатун;
• шатун состоит из стержня, а также верхней, нижней головки. Верхняя головка пальцем соединяется с поршнем. Нижняя головка имеет разборную конструкцию и с ее помощью шатун прикрепляется к коленвалу;
• коленчатый вал имеет сложную форму с четырьмя шатунными шейками, к которым и прикрепляются нижние головки шатунов. На его переднем конце расположена шестерня, звездочка или шкив (в зависимости от типа газораспределительного механизма), привода распределительного вала. К задней части коленвала прикреплен маховик.

Газораспределительный механизм (ГРМ)

Газораспределительный механизм предназначается для регулировки впуска топливно-воздушной смеси в рабочий цилиндр и выпуска из него отработанных газов. В большинстве современных двигателей внутреннего сгорания ГРМ состоит из:

• распределительные валы. Они с помощью расположенных на них кулачков открывают и закрывают клапаны в строго определенные моменты. Каждый из кулачков открывает и закрывает только один из клапанов;
• клапан. Это деталь, состоящая из стержня и головки, внешне напоминая обычный гвоздь. Через впускные клапаны в цилиндр попадает топливно-воздушная смесь, а через выпускные выводятся отработанные газы. Они двигаются в направляющих втулках.

Работа механизма ГРМ обеспечивается вращением распределительных валов, при этом кулачки нажимают на гидрокомпенсаторы. На более старых двигателях они отсутствуют и нажатие происходит непосредственно на стержень клапана. В результате нажатия кулачков вала, клапана открываются в определенные моменты, а после соскальзывания кулачка закрываются под воздействием возвратной пружины. В результате обеспечивается своевременный впуск топлива, воздуха и вывод отработанных газов.

Охладительная система

При сгорании топлива приблизительно 80 % энергии тратится не на механическую работу, а на нагревание двигателя. Это означает, что он достигнет критической температуры и разрушится. Избежать такой ситуации поможет система охлаждения мотора. На подавляющем большинстве ДВС применяется жидкостный вариант этой системы, который состоит из:

• рубашка охлаждения блока цилиндров с циркулирующим по рубашке антифризом, который отводит тепло от работающего двигателя;
• охладительная рубашка головки блока цилиндров. Она предназначена для того же, но уже в ГБЦ;
• насос или помпа обеспечивает циркуляцию антифриза по системе охлаждения двигателя;
• радиатор. Набор трубок со специальными металлическими пластинами, где происходит охлаждение антифриза, поступающего из двигателя;
• вентилятор. Предназначается для продувки радиатора, чтобы охлаждение происходило как можно быстрее;
• термостат. Регулирует движение охлаждающей жидкости по большому и малому кругу системы охлаждения, обеспечивая быстрый набор рабочей температуры и её поддержание;
• расширительный бачок. В него выводится лишняя охлаждающая жидкость после нагревания и расширения, через него можно добавить антифриз при его испарении. Бачок оснащен специальной завинчивающейся крышкой с клапаном для сброса лишнего давления и доливки.

Система смазки

Поскольку в любом ДВС есть движущиеся детали, между ними неизбежно возникает трение, приводящее к перегреву, снижению КПД и быстрому выходу механизмов из строя. Снизить трение до минимума помогает система смазки, в состав которой входят такие узлы и детали:

• картерный поддон. Масло в неработающем двигателе стекает именно в эту емкость;
• масляный насос. Качает масло из картера при работающем двигателе и направляет его по специальным каналом к трущимся деталям – коленчатому и распределительному валу, клапанам. Разбрызгиваясь на коленчатом валу, масло смазывает все остальные узлы мотора;
• масляный фильтр. Включается в систему циркуляции масла и очищает его от нагара, твердых включений и других примесей. Меняется при каждой замене масла.

При эксплуатации двигателя следует периодически проверять уровень масла в двигателе, и при падении уровня его нужно долить в маслозаливную горловину.

Система питания

Топливная система нужна для закачивания топливно-воздушной смеси непосредственно в камеру сгорания. Бензиновые системы бывают карбюраторные и инжекторные.  Карбюраторные моторы уже выходят из употребления как устаревшие. Несмотря на сложную конструкцию, инжектор позволяет развивать большую мощность и достигать более стабильной работы, при этом уменьшается выхлоп вредных веществ в атмосферу. В инжекторную систему входят:

• топливный бак, куда заливается бензин.
• топливный насос, предназначающийся для подачи бензина к двигателю.
• фильтр тонкой очистки позволяет удалить из бензина лишние включения.
• Топливная рампа с форсунками и специальным датчиком давления, через которую бензин с воздухом попадает в цилиндры.
• Датчики, передающие данные о работе системы в электронный блок управления (ЭБУ), что позволяет четко дозировать подачу топлива в конкретный цилиндр.

Важно, что такая система обеспечивает надежную работу двигателя, и позволяет добраться до места ремонта даже после отключения одного и даже двух цилиндров. В дизельных двигателях принцип работы схож, но у них предъявляются более высокие требования к установленному топливному насосу и форсункам, работающих под высоким давлением.

Заключение

Несмотря на сложность конструкции, производителям современных бензиновых и дизельных автомобильных моторов удалось добиться надежности, безопасности и долговечности их эксплуатации. При этом нужно понимать, что этого можно достигнуть только при обеспечении надлежащего сервисного обслуживания моторов, а также понимании основных принципов работы ДВС.

Видео: Общее устройство бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания

Печать

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания в 4 такта

Двигатель внутреннего сгорания, который сейчас стоит едва ли не на каждом автомобиле в мире, был создан настолько давно, что сейчас это даже сложно представить. Ведь датой появления первого образца такого агрегата считается 1860 год.

То есть, механизм, который, пусть и претерпел ряд изменений, но остался всё тем же устройством, был создан ещё в девятнадцатом столетии. Причиной такой популярности стал простой и понятный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Проведём небольшой экскурс в историю. Уже упомянутое выше изобретение Ленуара, созданное в 1860 году, имело ряд конструктивных недоработок, что серьёзно его снижало КПД. Потому, широкого распространения этот двигатель не получил.

Зато стал плодом для размышлений другого конструктора, чьё имя так же вошло в историю. Им стал немец Николаус Отто, который смог доработать механизм, создав двухтактный двигатель.

В итоге работа двигателя внутреннего сгорания Отто показала КПД выше 15%, таким образом полностью вытеснив двигатели первооткрывателя. Конечно же, созданный в 1863 году двигатель не был верхом совершенства.

И спустя некоторое время, после значительных коррекций своего механизма, Отто выпускает четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания – предка тех моторов, работу которые мы каждый день видим, наблюдая за современным автотранспортом.

В разное время механизм, созданный Отто многократно улучшали. Но принцип работы двс существенно не изменился.

Четыре такта Отто — так происходит работа ДВС

Гениальный немец создал принцип, который никто не сумел не только превзойти, но и существенно улучшить так, чтобы вытеснить оригинал.

Работа ДВС это четыре повторяющихся действия, которые получили название «цикл Отто». Первым идёт такт впуска, затем – сжатие, рабочий ход, и, наконец – выпуск. Чтобы понять, как работает ДВС, рассмотрим каждый такт работы двигателя отдельно.

Шаг первый в работе двигателя внутреннего сгорания — впуск

В процессе этого такта топливо, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр, благодаря действию поршня.

Клапан впуска при этом находится в открытом состоянии. К слову, в наше время есть масса двигателей, где клапанов сразу несколько. И это делается с целью повышения мощности двигателя.

Ещё одним способом повышением мощности стали двигатели, в которых педалью газа можно регулировать количество топлива, попадающего в цилиндры, путём удержания клапанов в открытом состоянии. На время ускорения машины это влияет весьма положительно.

Шаг второй в работе ДВС — сжатие

В ходе второго такта, поршень из нижней точки начинает постепенно подниматься. Благодаря этому, топливовоздушная смесь сжимается и попадает уже в таком состоянии в камеру сгорания. Движение поршня обеспечивается вращением коленчатого вала и шатуна.

Третий шаг в принципе работы двигателя внутреннего сгорания — рабочий ход

Такт сжатия завершается воспламенением горючей смеси в результате попадания искры зажигания. Полученные в результате сжигания газы имеют больший объём, потому двигают поршень вниз, и он через шатун двигает коленвал. Это называется рабочим циклом.

Четвертый шаг в работе двигателя внутреннего сгорания — выпуск

Четвёртый такт называется выпуском. При перемещении поршня в верхнее положение, происходит открытие впускного клапана. Теперь газы могут выйти наружу а цилиндр получает вентиляцию.

Современные двигатели внутреннего сгорания, типы и принципы работы

Автомобильный рынок предлагает очень много различных типов двигателей, созданных по знакомому нам принципу.

Сейчас мы привыкли считать классикой карбюраторный двигатель, который обычно устанавливается на ВАЗ 2106. Что примечательно, его создал наш соотечественник Огнеслав Костович. Произошло это в 1880, или чуть позже. Сейчас нет точной информации об этом. Тем не менее, это был первый шаг к появлению того, что мы привыкли считать стандартным карбюраторным ДВС.

Работа двигателя стала более производительной. Пользуясь этой разработкой, немцы Даймлер и Майбах (сейчас эти фамилии известны всем автолюбителям), создали облегчённую версию карбюраторного двигателя на бензине. Первым такой двигатель получил не автомобиль из Германии, а мотоцикл.

Дизельные двигатели

Казалось бы, всё, что можно было придумать, уже создано. Но, так не считал талантливый изобретатель из Германии Рудольф Дизель. Его интересовало, как можно ещё изменить и усовершенствовать принцип Отто. В результате его трудов, появился ещё один двигатель, который по сей день используется повсеместно, особенно – в грузовом автотранспорте.

В чём же принцип работы дизельного двигателя? В таких двигателях, дизельное топливо, или как его ещё называют, солярка, впрыскивается в нужное время под давлением. В результате, горючая смесь образуется непосредственно в двигателе, где частички сжатого топлива соединяются с воздухом и под давлением происходит возгорание.

Увидеть, как работает двигатель внутреннего сгорания можно здесь:

Также на эту тему вы можете почитать:

Поделитесь в социальных сетях

Alex S 8 октября, 2013

Опубликовано в: Полезные советы и устройство авто

Метки: Как устроен автомобиль

Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы

Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы 4-тактного двигателя с указанием того, сколько частей соединено с двигателем.

CARSUFFER.COM

● Прежде чем мы обсудим « Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы» «, мы знаем, что такое автомобильный двигатель?

→ Любая машина, преобразующая тепловую энергию в механическую, называется автомобильным двигателем.

Сколько типов автомобильных двигателей?

В автомобилях используются различные типы двигателей:

• Двигатель внешнего сгорания

К двигателям внешнего сгорания относятся двигатели, в которых топливо сжигается вне камеры сгорания, такие как паровые двигатели и турбины.

• Двигатель внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания — это двигатели, в которых топливо сгорает внутри камеры сгорания, такие как бензиновые, дизельные двигатели и двигатели с подвижным двигателем.

Сколько частей

прикреплено к конструкции автомобильного двигателя ?

• Цилиндр и поршень

Разрез простого одноцилиндрового бензинового двигателя верхний и закрыт крышкой ГБЦ, а нижний и открыт в виде полой трубы, в которой движется поршень.

Поршень представляет собой полую металлическую трубку с верхней частью и закрывается с плотной скользящей посадкой или, другими словами, поршень может легко скользить вверх и вниз в цилиндре.

• Шатун и коленчатый вал

Движение поршня вверх и вниз в цилиндре называется возвратно-поступательным движением.

Это возвратно-поступательное движение должно быть преобразовано во вращательное, чтобы можно было заставить вращаться колеса автомобилей.

Такое изменение возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется кривошипом на коленчатом валу с помощью шатуна, с соединением поршня с помощью поршневого пальца в его верхней части, а нижней его частью — с шатунной шейкой коленчатый вал.

Таким образом, когда поршень движется вверх и вниз в цилиндре, верхний конец шатуна перемещается вместе с ним вверх и вниз.

Нижний конец шатуна также перемещает его вверх-вниз, так как он прикреплен к шатунной шейке коленчатого вала, шатунная шейка движется по кругу, в результате чего коленчатый вал получает вращательное движение.

Каждый момент движения поршня сверху вниз или снизу вверх называется ходом.

Поршень перемещается на 2 такта, когда коленчатый вал совершает один полный оборот.

• Клапаны

В верхней части цилиндра есть клапаны. Клапан представляет собой точную заглушку, которая входит в отверстие машины в верхней части цилиндра.

Когда клапан опирается на свое седло (открыто), говорят, что он закрыт, а когда его поднимают или толкают с седла, он открывается.

Один из клапанов называется впускным, он пропускает смесь топлива и воздуха в цилиндр.

Другой клапан называется выпускным клапаном, который позволяет сгоревшим выхлопным газам выходить или выходить из цилиндра.

Открытие и закрытие клапанов устроено так, что они открываются и закрываются в требуемое время.

Автомобильный двигатель модели

и принцип работы в разрезе

commons.wikimedia.org

Во время хода поршня вниз, когда открывается впускной клапан, топливно-воздушная смесь всасывается за счет частичного разрежения, создаваемого в цилиндре.

Это примерно тот же эффект, что и при питье жидкости через соломинку, в этом случае во рту создается частичный вакуум, и жидкость поднимается через соломинку в рот.

Смесь топлива и воздуха в правильной пропорции производится карбюратором, когда поршень достигает нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается, герметизируя таким образом верхнюю часть двигателя.

commons.wikimedia.org

Здесь мы хотели бы добавить немного количества сжигаемого топлива, это кислород в воздухе, который соединяется с топливом сгорания.

Важно отметить, насколько быстро мы можем сжечь топливо, чтобы оно могло приложить полную силу к поршню, чтобы получить полную мощность от двигателя.

Быстрое горение топлива мы должны выбрать испарить топливо, просто чтобы объяснить вам это явление, чтобы вы поняли предмет более ясно, если вы Сгоревшее топливо — это контейнер, который горит лениво.

commons.wikimedia.org

Это связано с тем, что двигатель в воздухе контактирует с поверхностью топлива только сверху, но это не требуется.

Нам требовалось короткое взрывное сгорание топлива, чтобы получить полную мощность актива раньше, но для мощного полного взрыва также не требуется, так как это уничтожит двигатель.

Теперь, чтобы сжечь топливо полностью и быстро, мы не нагреваем топливо, а вместо этого воздух в такте сжатия, а также испаряем топливо через карбюратор в бензиновом двигателе и дизельном двигателе через инжектор.

При дальнейшем вращении коленчатый вал толкает вверх поршень в цилиндре, таким образом сжатие горючей смеси в цилиндре называется тактом сжатия.

commons.wikimedia.org

В конце такта сжатия сжатые газы воспламеняются с помощью свечи зажигания.

В конце такта сжатия сжатые газы воспламеняются с помощью свечи зажигания. Эта электрическая искра устанавливается на сжатую воздушно-топливную смесь.

Смесь горит так быстро, что можно сказать, что она взрывается, когда смесь сгорает, температура и давление или газы быстро возрастают.

Поскольку поршень является единственной движущейся частью цилиндра, высокое давление, создаваемое газами, толкает поршень вниз.

commons.wikimedia.org

Поскольку поршень связан с коленчатым валом с помощью соединительного стержня, коленчатый вал вращается, это называется рабочим ходом.

В конце рабочего хода открывается выпускной клапан, выхлопные газы, которые сделали свою работу, толкнув поршень вниз, должны быть удалены из цилиндра.

В 4-м такте выпуска, когда поршень движется вверх, он выталкивает отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан.

Клапан закрывается в конце такта выпуска и снова открывается впускной клапан и в него поступает новый заряд, так повторяется весь цикл, который заставляет двигатель работать.

Мы надеемся, что читатели смогут понять эту «Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы» статью и основы автомобильного двигателя.

CARSUFFER.COM

Часто задаваемые вопросы

Какая энергия используется при работающем двигателе?

Тепловой КПД

Каков диаметр цилиндра?

Отверстие

Расстояние, пройденное поршнем сверху вниз или снизу вверх за один раз, называется:

Ход

Рабочий ход достигается за счет вращения коленчатого вала:

180°

Прочтите это: — Классификация автомобильных двигателей и клапанов

Посетите сайт: — www.