Як працює поршневий двигун внутрішнього згоряння?

1. Як функціонує і з чого складається?
2. Покрокова схема функціонування

Найвідоміші і широко застосовуються у всьому світі механічні пристрої - це двигуни внутрішнього згоряння (далі ДВС). Асортимент їх великий, а відрізняються вони поруч особливостей, наприклад, кількістю циліндрів, число яких може варіюватися від 1 до 24, використовуваним паливом.

Робота поршневого двигуна внутрішнього згоряння

Одноциліндровий ДВС можна вважати найпримітивнішим, незбалансованими і мають нерівномірний хід, незважаючи на те, що він є відправною точкою в створенні багатоциліндрових двигунів нового покоління. На сьогоднішній день вони застосовуються в авіамоделювання, у виробництві сільськогосподарських, побутових і садових інструментів. Для автомобілебудування масово застосовуються чотирициліндрові двигуни і більш представницькі органи.

Як функціонує і з чого складається?

Поршневий двигун внутрішнього згоряння має складну будову і складається з:

• Корпусу, що включає в себе блок циліндрів, головку блоку циліндрів;
• Газорозподільного механізму;
• Кривошипно-шатунного механізму (далі КШМ);
• Ряду допоміжних систем.

КШМ є сполучною ланкою між енергією, що виділяється при згорянні паливо-повітряної суміші (далі ТВС) в циліндрі і коленвалом, що забезпечує рух автомобіля. Газорозподільна система відповідає за газообмін в процесі функціонування агрегату: доступ атмосферного кисню і ТВС в двигун, і своєчасне виведення газів, що утворилися під час горіння.

Пристрій найпростішого поршневого двигуна

Допоміжні системи представлені:

• Впускний, що забезпечує надходження кисню в двигун;
• Паливної, представленої системою впорскування палива ;
• Запалювання, що забезпечує іскру і займання ТВС для двигунів, що працюють на бензині (дизельні двигуни відрізняються самозаймання суміші від високої температури);
• Системою мастила, що забезпечує зменшення тертя і зносу дотичних металевих деталей за допомогою машинного масла;
• системою охолодження , Яка не допускає перегріву робочих деталей двигуна, забезпечуючи циркуляцію спеціальних рідин типу тосол;
• Випускною системою, що забезпечує виведення газів в відповідний механізм, що складається з випускних клапанів;
• Системою управління, що забезпечує спостереження за функціонування ДВС на рівні електроніки.

Основним робочим елементом в описуваному вузлі вважається поршень двигуна внутрішнього згоряння, який і сам є збірної деталлю.

Пристрій поршня ДВС

Покрокова схема функціонування

Робота ДВС грунтується на енергії розширюються газів. Вони є результатом згоряння ТВС всередині механізму. Це фізичний процес примушує поршень до руху в циліндрі. Паливом в цьому випадку можуть служити:

• Рідини (бензин, ДП);
• гази;
• Монооксид вуглецю як результат спалювання твердого палива .

Робота двигуна - це безперервний замкнутий цикл, що складається з певної кількості тактів. Найбільш поширені ДВС двох видів, що розрізняються кількістю тактів:

1. Двотактні, що виробляють стиснення і робочий хід;
2. Чотиритактні - характеризуються чотирма однаковими за тривалістю етапами: впуск, стиснення, робочий хід, і завершальний - випуск, це свідчить про чотириразове зміні положення основного робочого елемента.

Початок такту визначається розташуванням поршня безпосередньо в циліндрі:

• Верхня мертва точка (далі ВМТ);
• Нижня мертва точка (далі НМТ).

Вивчаючи алгоритм роботи чотиритактного зразка можна досконально зрозуміти принцип роботи двигуна автомобіля.

Принцип роботи двигуна автомобіля

Впуск відбувається шляхом проходження з верхньої мертвої точки через всю порожнину циліндра робочого поршня з одночасним втягуванням ТВС. Грунтуючись на конструкційних особливостях, змішування входять газів може відбуватися:

• У колекторі впускної системи, це актуально, якщо двигун бензиновий з розподіленим або центральним уприскуванням;
• У камері згоряння, якщо мова йде про дизельному двигуні, а також двигуні, що працює на бензині, але з безпосереднім уприскуванням.

Перший такт проходить з відкритими клапанами впуску газорозподільного механізму. Кількість клапанів впуску та випуску, час їх перебування у відкритому положенні, їх розмір і стан зносу є факторами, що впливають на потужність двигуна. Поршень на початковому етапі стиснення розміщений в НМТ. Згодом він починає переміщатися вгору і стискати накопичилася ТВС до розмірів, визначених камерою згоряння. Камера згоряння - це вільний простір в циліндрі, яке залишається між його верхом і поршнем у верхній мертвій точці.

Другий такт передбачає закриття всіх клапанів двигуна. Щільність їх прилягання безпосередньо впливає на якість стиснення ТВС і її подальше загоряння. Також на якість стиснення ТВС дуже впливає рівень зносу комплектуючих двигуна. Вона виражається в розмірах простору між поршнем і циліндром, в щільності прилягання клапанів. Рівень компресії двигуна є головним фактором, який впливає на його потужність. Він вимірюється спеціальним приладом компрессометром.

Робочий хід починається коли до процесу підключається система запалювання , Яка генерує іскру. Поршень при цьому знаходиться в максимальній верхньої позиції. Суміш вибухає, виділяються гази, що створюють підвищений тиск, і поршень приводиться в рух. Кривошипно-шатунного механізм в свою чергу активує обертання коленвала, що забезпечує рух автомобіль. Всі клапани систем в цей час знаходяться в закритому положенні.

Випускний такт є завершальним в розглянутому циклі. Всі випускні клапани знаходяться у відкритому положенні, даючи можливість двигуну «видихнути» продукти горіння. Поршень повертається у вихідну точку і готовий до початку нового циклу. Цей рух сприяє виведенню в випускну систему, а потім в навколишнє середовище, відпрацьованих газів.

Схема роботи двигуна внутрішнього згоряння, як вже говорилося вище, заснована на циклічності. Розглянувши детально, як працює поршневий двигун, можна резюмувати, що ККД такого механізму не більше 60%. Обумовлений такий відсоток тим, що в окремо взятий момент робочий такт виконується лише в одному циліндрі.

Не вся енергія, отримана в цей час, спрямована на рух автомобіля. Частина її витрачається на підтримання в русі маховика, який за інерцією забезпечує роботу автомобіля під час трьох інших тактів.

Деяка кількість теплової енергії мимоволі витрачається на нагрівання корпусу і відпрацьованих газів. Ось чому потужність двигуна автомобіля визначається кількістю циліндрів, і як наслідок, так званим об'ємом двигуна, розрахованим за певною формулою як сумарний обсяг усіх робочих циліндрів.