Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы и классификация

ДВС – что это: такой вопрос интересует многих, ввиду частого употребления указанной аббревиатуры. Двигатель внутреннего сгорания (как сшифровывают такое сокращение) – это установка, преобразующая энергию сжигаемого топлива во вращательное движение исполнительного органа.

Мотор обеспечивает получение на выходе механической работы за счет теплового расширения сгораемого газа в камерах цилиндров.

Двигатели внутреннего сгорания применяют в таких сферах:

• автомобильном транспорте – на тракторах, машинах и пр.;
• железнодорожном транспорте – на локомотивах;
• морском и речном флоте – устанавливают на водных судах;
• легкомоторной авиации;
• строительной и дорожной технике;
• стационарных электрических комплексах;
• компрессорных блоках, насосных и бурильных установках;
• моделях и модельных комплексах;
• технике военного и специального назначения.

ДВС – что это такое в машине: так называют силовую установку, приводящую автомобиль или другой агрегат в движение.

Несмотря на громоздкость конструктивного исполнения, ДВС по-прежнему относятся к самым распространенным типам силовых установок.

Устройство ДВС

Конструктивно двигатели делят, с учетом устройства и компоновки техники, на которой они установлены. Но сохраняются неизменными принципы, одинаковые для конструкции любого ДВС.

Двигатель комплектуется такими конструктивными узлами:

• блоком цилиндров – основной частью корпуса с проемами для рабочих камер, рубашкой охлаждения (для моторов, охлаждаемых жидкостью), крепежными отверстиями для установки головок и картера, посадочными местами для коленчатого вала и прочими конструктивными элементами;
• кривошипно-шатунной группой – с коленчатым валом, к которому крепятся шатуны, приводящие в действие поршни, двигающиеся внутри цилиндров; инерция вращения поддерживается маховиком;
• газораспределительным механизмом – системой, подающей в камеры сгорания топливо-воздушную смесь, с отводом выхлопа; включает распределительный вал, клапана, приводимые в действие коромыслами, ремнем или цепью, соединенными с коленвалом;
• топливной системой – подает горючее в камеры сгорания, после обогащения воздухом; включает бак, систему трубок для подвода питающей жидкости, карбюратора или инжектора (с учетом особенностей конструктивного устройства), форсунок, насоса, фильтрующего элемента;
• смазочной системой – с подачей смазки к трущимся деталям; включает масляный насос, приводящийся коленчатым валом, систему патрубков и полостей, фильтр и поддон; предусмотрено устройство «сухого» или «мокрого» картера;
• системой зажигания – для поджигания топливно-воздушной смеси; используется только на бензиновых двигателях, поскольку на дизельных моторах топливо с воздухом воспламеняется самостоятельно, при определенном давлении;
• системой охлаждения – может быть воздушной или жидкостной, для снижения температуры корпуса мотора, чтобы предупредить износ и выход из строя элементов;
• электросистемой – источником электроэнергии, необходимой для работы мотора; включает аккумуляторную батарею, генераторный блок, стартер и проводку с датчиками;
• системой выхлопа – для удаления продуктов сгорания в атмосферу, с доочисткой этой смеси, снижением шума от работы двигателя, фильтрующим элементом.

Конструкция узлов совершенствуется, по мере появления новых материалов и конструктивных решений.

С учетом особенностей конструктивного устройства различных элементов двигателей, важно учитывать такие моменты:

• цилиндры могут выполняться отдельно, с запрессовкой в корпус блока, или совместно с корпусом; моноблочные системы не предусматривают восстановления, в связи с тем, что нельзя заменить гильзу;
• корпуса двигателей изготавливают из сплавов чугуна или алюминия, устойчивых к перепадам температуры и высокому давлению;
• головка блока цилиндров выполняется с ним совместно или в виде отдельной детали; при раздельном исполнении возможно использование разных материалов для головки и блока цилиндров;
• работа кривошипно-шатунного механизма может уравновешиваться балансирными валами, расположенными по сторонам от коленвала и нивелирующими влияние инерционных сил; в результате снижается вибрация и шум, исключаются перегрузки двигателя;
• негативное влияние пружин при быстрой работе двигателя с механическим газораспределительным механизмом снижается за счет десмодромной системы управления мотором – со сложной конфигурацией кулачков;
• зависание клапанов исключается легкими материалами для изготовления этих деталей и пружинных элементов, пневматическим приводом;
• альтернатива традиционной конструкции ГРМ – гильзовый способ, разработанный Найтом; предусматривает использование взамен клапанов скользящих гильз, работающих бесшумно и долговечно; этот способ перестали использовать по причинам большого расхода смазочной жидкости, с разработкой верхнеклапанной конструкции;
• ранние модели двигателей комплектовались не стартерами, а генераторами переменного тока (магнето), приводимыми в действие коленчатым валом; это требовало прокручивания вала двигателя для запуска;
• вредное воздействие на экологию выхлопных газов частично снижается каталитическим нейтрализатором, окисляющим и химически преобразовывающим выхлоп;
• электронные системы дополнительно улучшают работу двигателя; изменение фаз газораспределения изменяет нагрузку на мотор, с учетом включенной передачи, снижая потребление горючего; дезактивация цилиндров регулирует объем камер сжатия, отключая ненужные цилиндры; регулировка степени сжатия изменяет объем камер сгорания, с учетом режимов работы мотора.

Эти и другие особенности конструктивно улучшили работу двигателей внутреннего сгорания.

Принцип работы двигателя

Вне зависимости от конструктивного исполнения двигателя внутреннего сгорания, сохраняется общий принцип работы, основанный на том, что поршни, под воздействием энергии расширяющегося в камерах цилиндров газа двигаются прямолинейно, с получением на выходе вращения коленчатого вала. От него вращательное движение через трансмиссию передается на ходовые колеса или другие исполнительные механизмы.

Детальнее о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, показано на примере двух- и четырехтактных установок.

Принцип работы двухтактного двигателя

Двухтактный двигатель работает в такой последовательности:

• поршень начинает двигаться снизу вверх, в начале цикла пребывая в нижней мертвой точке – после сжатия воздушно-топливной смеси, она воспламеняется с поджиганием в максимально верхнем положении;
• при сгорании, поршень выталкивается вниз, с открытием выпускного клапана, за счет которого продукты сгорания высвобождают камеру.

Описанный цикл повторяется в таком же порядке, с одновременным впуском и сжатием. По мере передвижения поршня вверх, в подпоршневое пространство втягивается воздух, с его переходом по каналу в надпоршневую часть, после достижения верхней мертвой точки.

Двухтактные двигатели внутреннего сгорания получили ограниченное применение. Такие силовые установки размещают на небольших механизмах – скутерах и мопедах, легких моторных катерах и лодках, газонокосилках.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Полный цикл работы четырехтактного двигателя состоит из таких отдельных этапов:

• впуска – с движением поршня вниз, с нижней мертвой точке; в начале опускания срабатывает впускной клапан, открывая доступ для топливо-воздушной смеси (или исключительно воздуха, при непосредственном впрыске); в камере сгорания создается необходимое давление (возможна дополнительная подача воздуха, при наличии турбонадува);
• сжатия – после достижения крайней нижней точки, поршень двигается вверх; перекрывается впуск воздуха, а камера сжимается до критической отметки давления, с распыленным топливом в объеме над поршнем;
• рабочего хода – при максимальном сокращении объема камеры сгорания, топливо воспламеняется самопроизвольно (для дизельного мотора) или от поданной искры свечи (для бензинового); расширившийся газ двигает поршень вниз, к нижней мертвой точке;
• выпуска – с открытием выпускного клапана и вытеснением поршнем сгоревших газов из камеры, при возвращении в верхнюю мертвую точку.

При общем количестве тактов – четыре, лишь один включает получение полезной работы, когда поршень двигается под воздействием расширяющихся газов в камере сгорания. Три остальных такта несут вспомогательную нагрузку, с новым впрыском топлива, созданием необходимого давления и выпуском отработанных газов.

Учитывая особенности работы, по завершении цикла коленчатый вал остановился бы, поскольку система достигает точки равновесия. Но вращение продолжает маховик, придающий инерцию коленчатому валу, с последующим повторением описанных тактов.

Такой двигатель установлен на большинстве современной техники – автомобилях, тракторах и самоходных машинах, железнодорожных локомотивах, компрессорных и насосных блоках, других агрегатах.

Сравнивая двух- и четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, важно учесть, что первые отличает большая компактность. Но эффективность двухтактных моделей меньше, по сравнению с четырехтактными, поэтому их применение ограничено.

Классификация двигателей

Конструкция ДВС постоянно совершенствуется. Разработчики внедряют новые идеи, а появление более совершенных материалов открывает дополнительные возможности. С учетом этих особенностей, разработано множество разновидностей двигателей, с классификацией их по конструктивному исполнению.

По рабочему циклу

В зависимости от характеристики рабочего цикла, ДВС могут быть:

• двухтактными;
• четырехтактными.

Особенности работы и различия таких моторов рассматривались выше.

По типу конструкции

Исходя из типа конструктивного устройства, моторы делят на две такие группы:

• поршневую – наиболее распространенная разновидность, привычная для большинства автовладельцев, в которой агрегат состоит из коленвала и поршней, двигающихся в цилиндрах;
• роторно-поршневого – принцип работы которого изобретен Ванкелем.

В двигателе Ванкеля, вместо привычных поршней применяется трехгранный ротор, разделяющий цилиндрическую камеру сгорания на три отсека, с цикличными процессами для каждого из них.

Роторно-поршневой агрегат не слишком распространен. Такие моторы устанавливали на некоторых моделях автомобилей. Но недостаточная эффективность конструкции привела к тому, что от этой идеи впоследствии отказались.

По количеству цилиндров

Двигатели делят по количеству цилиндров. Общее их число может изменяться от 1 до 16. Но в наиболее распространенных силовых установках используется от 3 до 8 цилиндров. Чем большее количество цилиндров содержит двигатель, тем выше его мощность. Но одновременно приходится решать дополнительные задачи по охлаждению, распределению топлива и пр.

Чаще применяются моторы с четным числом камер сгорания, чтобы сбалансировать и уравновесить работу агрегата. Однако на некоторых моделях автомобилей Ford установлены уникальные трехцилиндровые двигатели.

По расположению цилиндров

Цилиндры в двигателях компонуются в различном порядке. Рядное расположение – наиболее простое в отношении обслуживания, но не самое выгодное с точки зрения общей компоновки агрегата.

Исходя из порядка расположения цилиндров, выделяют двигатели с таким их размещением:

• • рядным – когда цилиндры установлены в ряд и соединены с общим коленчатым валом;
• V-образным – с размещением цилиндров в двух плоскостях, под взаимным углом от 45 до 90 градусов; коленчатый вал остается единым;
• VR-образным – разновидность предыдущего устройства, при небольшом угле группы цилиндров (в пределах от 10 до 20 градусов);
• W-образным – когда количество плоскостей цилиндров может быть 3 или четыре, при одном коленчатом вале;
• U-образным – компоновка единого силового агрегата из двух рядных блоков, объединенных общей системой охлаждения и подачи топлива, с двумя отдельными коленчатыми валами;
• оппозитным – когда от одного коленвала работает две группы поршней, направленных противоположно;
• встречным – особый тип конструкции, когда в каждом из цилиндров работает по паре поршней, двигающихся в противоположных направлениях; конструктивно такой мотор представляет собой единую цилиндро-поршневую группу при двух коленчатых валах;
• радиальным – если группа поршней приводится из одной точки общего коленвала, с шатунами, расходящимися по направлениям радиуса.

В автомобильной технике наибольшее распространение получили различные разновидности V-образной конструкции, включая сходные с ней типы устройства. Радиальные моторы используются на самолетах. Остальные виды силовых установок применяются ограниченно.

По типу топлива

С учетом типа топлива, различают двигатели внутреннего сгорания:

• бензиновые – с применением бензина, воспламеняемого искрой от свечей и катушек зажигания, синхронизированных с вращением коленчатого вала; такие моторы развивают наибольшую скорость;
• дизельные – в таких моторах топливо-воздушная смесь воспламеняется самопроизвольно, при достижении показателя давления критической отметки; свечи зажигания здесь отсутствуют, но используют прямой впрыск, при подаче горючего под большим давлением, учитывая характеристики среды в камере сжатия; отличаются большой мощностью, при ограниченной скорости; преимущественно устанавливают на тяжелую технику;
• газовые – работают на сжиженном газе, что обходится дешевле бензина; предполагают более высокие температуры, что требует определенных конструктивных решений и особых сортов смазочной жидкости;
• гибридные – совмещают применение двигателя внутреннего сгорания с электрической установкой; в обычных условиях задействован электродвигатель, ДВС используется для подзарядки аккумуляторных батарей или при возрастающей нагрузке на силовую установку;
• водородные – применяют относительно недавно, по причине повышенной опасности, требующей соответствующих конструктивных решений; при разложении воды на водород и кислород методом электролиза, высок риск нестабильного состояния среды, с опасностью взрыва; не так давно изобрели новый способ – с раздельным поступлением этих газов; кислород забирается из воздуха, а водородом наполняют баки, помещенные на машине; в итоге процесс работы обратен электролизу, с выработкой электроэнергии и образованием воды от соединения элементов при работе.

Наибольшее распространение получили бензиновые двигатели. Но за новыми гибридными и водородными установками, по мнению большинства ученых и конструкторов, будущее развития техники. Эти двигатели все более совершенствуются, но насколько их использование окажется эффективным – покажет время.

По принципу работы ГРМ

Газораспределительный механизм управляет работой двигателя, открывая и закрывая клапаны для впрыска топливо-воздушной смеси. Клапаны работают от распределительного вала, приводимого в движение коленвалом за счет цепи или ремня.

Компоновка мотора может предусматривать один распредвал при рядном размещении цилиндров, или несколько (от двух до четырех) – при V-образном.

По мере развития техники, традиционную механическую систему впрыска сменила электронная, где момент открытия клапана определяет компьютерный блок. В связи с этим используются адаптивные и пневматические модули, прибавляющие до 30 процентов эффективности в мощностных показателях двигателей.

По принципу подачи воздуха

Моторы делят по принципу подачи воздуха в камеры сгорания. Различают такие силовые установки:

• атмосферные – традиционный ДВС, где воздух закачивается в камеру цилиндров поршнем;
• турбинные – при использовании дополнительной подкачки.

Турбокомпрессор использует энергию выхлопных газов, с вращением турбины, дополнительно нагнетающей воздух, принудительным способом.

Преимущества моторов с турбонаддувом в возрастании мощности за счет увеличения притока воздуха. Недостатки – в излишнем усложнении конструктивного устройства.

Преимущества и недостатки

Преимущества двигателей внутреннего сгорания в таких качествах:

• удобстве использования – излишняя конструктивная сложность не препятствует работе в пределах нормативного срока; сеть заправочных станций обеспечивает повсеместную эксплуатацию машин с такими силовыми установками; при выходе из строя возможна замена отдельных элементов, с продлением ресурса силовой установки;
• простоте обслуживания – достаточно залить бак горючим, и мотор готов к работе; это намного проще, чем заряжать электродвигатель;
• длительном сроке службы – если владелец выполняет технические условия изготовителя, двигатель проработает не один десяток лет, при проведении периодического обслуживания и должного ухода;
• эстетических соображениях – звук работающего мотора вдохновляет и вызывает позитивное настроение.

Но не следует забывать о недостатках:

• загрязнении окружающей среды – выхлопы представляют серьезную опасность для экологии, а повсеместное использование ДВС усложняет ситуацию;
• низкой эффективности – КПД большинства моторов не превышает 30 процентов, что намного уступает электродвигателям; наибольший КПД, достигнутый разработчиками Toyota, достигает 38 процентов, что также не впечатляет;
• излишней сложности конструктивного устройства – с повышением требований к моторам, конструкция все более усложняется, что не идет на пользу долговечности и техническому обслуживанию, с необходимостью привлечения специализированного сервиса, использования смазочных материалов по высокой цене и пр.

Несмотря на перечисленные недостатки, достойной альтернативы двигателям внутреннего сгорания нет. Эти моторы остаются самыми распространенными, и будущее современной техники пока непредставимо без применения этих силовых установок.

Заключение

Постоянно возрастающие запросы потребителей требуют создания все более сложных моделей двигателей, для достижения поставленных задач и целей. Число разновидностей силовых установок все более возрастает, появляются моторы с электронным регулированием и системой зажигания, разрабатываются новые виды горючего.

Но эра двигателей внутреннего сгорания рано или поздно пойдет. А предвестники новых образцов уже начинают завоевывать популярность, при большей экологической чистоте, меньшему уровню шума, с возрастанием эффективности. Гибридные установки – вершина современного двигателестроения, предусматривающая одновременную работу мотора ДВС в комплексе с электродвигателем. И это лишь начало, а что последует дальше – сложно представить.

• 0 комментариев

Для определения мощности двигателей и агрегатов используются ватты и киловатты. Но на практике и в…

0 комментариев

Хорошая машина – вложения на долгосрочную перспективу. Поэтому ее выбирать надо придирчиво. Статистика неумолима, лучшие…

0 комментариев

Механическая коробка передач существует около столетия. В последнее время она стала активно уступать свои позиции…

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Первым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) считается изобретение французского механика Ленуара в 1860 году. Поршневой агрегат работал за счёт сжигания в цилиндре светильного газа. Более удачную конструкцию предложил немец Отто в 1866 году. Его двигатель работал по 4-тактному циклу, сжимая в цилиндрах смесь газа и воздуха перед воспламенением запальной свечи. Следующим этапом развития стал переход на жидкое нефтяное топливо и внесение технических новшеств в конструкцию ДВС.

1. Что такое ДВС
2. Устройство двигателя внутреннего сгорания
3. Системы двигателя
4. ГРМ — газораспределительный механизм
5. Система смазки
6. Система охлаждения
7. Система подачи топлива
8. Выхлопная система
9. Классификация двигателей
10. По рабочему циклу
11. По типу конструкции
12. По количеству цилиндров
13. По принципу создания рабочей смеси
14. По расположению цилиндров
15. По типу топлива
16. По принципу работы ГРМ
17. Принцип работы двигателя
18. Принцип работы четырехтактного двигателя
19. Принцип работы двухтактного двигателя
20. Преимущества и недостатки ДВС
21. Заключение

Что такое ДВС

Двигатель преобразует топливную, электрическую и другие виды энергии в механическую для передачи её исполнительным органам машины или установки: трансмиссии, насосу, ротору и т.д. Автомобильные двигатели различаются по виду первичной энергии и процессу её преобразования:

• поршневой двигатель внутреннего сгорания;
• газовая турбина;
• паровой двигатель;
• роторно-поршневой мотор;
• двигатель внешнего сгорания;
• электромотор;
• маховичный двигатель и др.

Наиболее распространён поршневой двигатель внутреннего сгорания. Источником энергии ДВС служит жидкое нефтяное топливо или горючий газ. Популярность этого типа мотора обусловлена возможностью компактного хранения топлива и его малого расхода при большом пробеге автомобиля.

Рассмотрим подробнее, что такое двигатель внутреннего сгорания, его устройство, принцип работы, плюсы и минусы.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

В устройство двигателя внутреннего сгорания входят различные механизмы и системы. Так, поршневой 4-тактный агрегат состоит из кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (ГРМ) механизмов:

• КШМ включает в себя подвижные и неподвижные детали. Основу составляет блок цилиндров, установленный на картере. Сверху блок закрыт головкой, в которой находятся впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания, форсунки. Внутри цилиндров перемещаются поршни, соединённые через поршневой палец с верхней головкой шатуна. Нижняя часть шатуна охватывает шейку коленвала. На конце вала закреплён маховик;
• в состав ГРМ входит распределительный вал, клапаны и привод ГРМ. Подробнее о механизме поговорим ниже.

В 2-тактном поршневом ДВС клапана отсутствуют. Вместо них в конструкции предусмотрены продувочные окна.

Достойной заменой поршневому агрегату можно рассмотреть только роторно-поршневой мотор или двигатель Ванкеля. Он работает по 4-тактому циклу, а поршень имеет форму треугольника Рёло. Газораспределение в роторном агрегате происходит через впускные и выпускные окна, поэтому необходимость в сложном клапанном механизме отпадает. Двигатели Ванкеля встречаются в машинах Mazda и советских ВАЗах.

Системы двигателя

Надёжная и долговременная работа двигателя внутреннего сгорания невозможна без питания, смазки, охлаждения. Кроме того, нужно обеспечить первый запуск коленвала и каждый раз воспламенять рабочую смесь в цилиндрах. Для этих целей разработаны следующие системы двигателя:

• смазки;
• охлаждения;
• питания;
• запуска;
• зажигания;
• впрыска;
• управления.

Если раньше системы были механические, сейчас в них появляется больше электроники. Электронное управление делает работу мотора высокоэффективной, экономичной и надёжной. Системы становятся компактными, но требуют качественного и регулярного обслуживания.

ГРМ — газораспределительный механизм

Устройство двигателя внутреннего сгорания включает в себя ГРМ. Его функция — вовремя подать в определённые цилиндры рабочую смесь, а также выпустить из этих цилиндров продукты горения. Работу механизма определяют последовательность работы цилиндров и фазы газораспределения.

Для функционирования ГРМ необходимы минимум 1 впускной и 1 выпускной клапан на каждый цилиндр. Диаметр тарелки впускного клапана обычно больше, чем у выпускного, что позволяет улучшить наполняемость цилиндра и увеличить рабочие показатели ДВС. Открытие и закрытие клапанов регулирует кулачковый распределительный вал. Сам вал приводится цепью или ремнём от коленвала.

Конструктивно привод клапанов делится на 4 вида:

• OHV — распредвал расположен в блоке цилиндров, а управление клапанами происходит через дополнительные толкатели и штанги;
• ОНС — распредвал размещён в головке блока, привод клапанов осуществляется за счёт рычажных толкателей;
• DОНС — схема расположения с двумя распредвалами в головке блока. В этом случае один вал используется для впускных, а другой для выпускных клапанов.

Фазы газораспределения — это моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленвала. Правильно подобранные фазы обеспечивают лучшее наполнение и очистку цилиндров. Если в устройство двигателя включить механизм управления фазами VVT, это позволит получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленвала и экономить ресурсы на малых оборотах.

Система смазки

Смазка двигателя автомобиля защищает детали от трения, коррозии, охлаждает конструкцию и смывает грязь. В ДВС часто используются комбинированные системы, в которых моторное масло подаётся под давлением и разбрызгиванием.

В типичной смазочной системе масло заливают через маслозаливную горловину в поддон картера до определённого уровня. При работе двигателя маслонасос высасывает из поддона смазку через маслозаборник. Затем масло фильтруется от примесей и переходит в главную магистраль.

Магистраль представляет собой ответвления каналов, по которым масло поступает к коренным подшипникам коленвала, опорам распредвала, поршневой группе и другим деталям. Из зазоров подшипников смазка вытекает и разбрызгивается движущимися элементами в виде капель и масляного тумана. Под действием силы тяжести масло стекает в поддон, смазывая при этом привод ГРМ.

В высокофорсированных ДВС спорткаров, в тракторах и спецавтомобилях применяется система смазки с сухим картером. Масло постоянно выкачивается дополнительным маслонасосом в масляный бак, из которого подаётся под давлением в систему смазки двигателя. Такое решение помогает предотвратить перемещение масла при резких манёврах, когда маслозаборник окажется выше уровня масла.

Система смазки выполняет функцию вентиляции картера от газов, которые прорываются из цилиндра через поршневые кольца. Соединяясь с парами воды, газы образуют агрессивные кислоты и могут вызвать коррозию. Самым простым способом вентиляции картерных газов является выведение их в атмосферу. Однако, высокие нормы экологии привели к появлению закрытых принудительных систем вентиляции, в которых газы направляются в камеры сгорания через впускной тракт.

Система охлаждения

Температура в камере сгорания в момент воспламенения доходит до 2500℃. Перегрев цилиндров, поршней, головки блока и других деталей приводит к потере мощности, тепловому расширению, выгоранию масла, обгоранию клапанов и заклиниванию двигателя. Для охлаждения конструкции разработана система, которая принудительно отводит тепло потоком воздуха или жидкости.

Воздушная система охлаждения ДВС применяется на мопедах, мотоциклах и газонокосилках. Жидкостная система более сложная и шумная, но обеспечивает равномерный и эффективный отвод тепла. В качестве теплоносителя используются антифризы — жидкости с низкой температурой замерзания.

Для отвода тепла от блока цилиндров и головки предусмотрена рубашка охлаждения — канал для прохождения жидкости. Рубашка соединяется патрубками с радиатором, который забирает тепло от жидкости и выбрасывает его в воздух. За радиатором располагают вентилятор, который увеличивает скорость прохождения воздуха. Вентилятор приводится от ременной передачи коленвала или электропривода. Часто вентилятор оснащают вязкостной или гидравлической муфтой.

Во время работы двигателя охлаждающая жидкость циркулирует от насоса, который приводится от коленвала или электродвигателя. Чтобы система обеспечивала оптимальный температурный режим, в контур охлаждения встраивают термостат с управляемым теплочувствительным элементом. Термостат может быть соединён с электронным блоком управления.

Система подачи топлива

Система подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания может быть карбюраторной или инжекторной. Наиболее распространённой является инжекторная система питания с распределённым впрыском. Она состоит из следующих подсистем:

• подачи и очистки топлива;
• подачи и очистки воздуха;
• улавливания и сжигания паров бензина;
• выпуска и дожигания отработанных газов;
• электронной части с набором датчиков.

Во время включения ДВС запускается электробензонасос, который закачивает топливо из бака. Бензин проходит через топливный фильтр к рампе с форсунками. На корпусе форсунки находятся электрические контакты, которые регулируют количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр.

За количеств воздуха, поступающего в цилиндры ДВС, отвечает дроссельная заслонка. Она работает от механического троска или электропривода. Регулировку оборотов на холостом ходу осуществляет шаговый электродвигатель или непосредственно компьютер. Для корректной работы системы впрыска электронный блок получает информацию с датчиков массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости, положения и частоты вращения коленвала и др.

Помимо распределённого впрыска существуют системы непосредственного впрыска. Однако, они более сложные и дорогие. Специалистам компании Mitsubishi удалось разработать сбалансированную систему, которая улучшила топливную экономичность и повысила мощность мотора. Это объясняется возможностью двигателя работать на обеднённых смесях и повышением степени сжатия до с 10 до 12,5.

Впервые система непосредственного впрыска появилась в моторах 1,8 GDI на Mitsubishi Galant в 1996 году. Сейчас подобные двигатели внутреннего сгорания встречаются в машинах Peugeot-Citroen, Renault, Toyota.

Системы питания дизельных ДВС отличаются от бензиновых. Существуют две схемы подачи дизельного топлива: с разделённой камерой сгорания и непосредственный впрыск. Первый вариант работает мягче и тише, но распространение получил второй вариант с лучшей топливной экономичностью в 20 %.

Дизельное топливо поступает из бака в нагнетательный трубопровод, затем через подкачивающий насос в топливный фильтр. После очистки дизель попадает в топливный насос высокого давления ТНВД, который распределяет топливо по форсункам.

Альтернативой системе с ТНВД является система питания Common Rail от Bosch. Особенность системы — установка аккумуляторного узла со штуцерами для подсоединения форсунок. Топливо в узле находится постоянно под высоким давлением, что позволяет подавать в цилиндр небольшие и точно отмеренные порции.

Выхлопная система

Выхлопная система влияет на мощность ДВС, расход топлива и количество выбросов в атмосферу. Для уменьшения содержания вредных веществ в отработанных газах применяется каталитический нейтрализатор. Он состоит из восстановительного и двух окислительных катализаторов, которые превращают углеводороды в водяной пар, а окиси углерода — в углекислый газ. Нейтрализатор устанавливают максимально близко к выпускному коллектору.

Нейтрализатор работает эффективнее, если двигатель внутреннего сгорания работает на смеси из воздуха и топлива в соотношении 14,7:1. Количество воздуха в отработанных газах отслеживает датчик лямбда-зонд. Уровень вредных окисей азота снижают с помощью системы рециркуляции путём забора части газов из выпускной системы для подачи его во впуск.

Классификация двигателей

Конструкция ДВС бывает различной. Каждый разработчик мотора пытается внести свои улучшения, повысить мощность и экономичность, снизить выбросы вредных веществ и стоимость агрегата. Давайте посмотрим, по каким критериям классифицируют двигатели внутреннего сгорания.

По рабочему циклу

Рабочий цикл ДВС — это последовательность процессов внутри каждого цилиндра, в результате которой энергия топлива превращается в механическую энергию. Цикл может быть двухтактным или четырехтактным:

• четырёхтактный мотор работает по «циклу Отто» или Аткинсона и включает в себя такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск;
• в двухтактном ДВС впуск и сжатие происходят одновременно за один такт, а рабочий ход переходит в выпуск на втором такте.

Если сравнивать двигатели внутреннего сгорания одной мощности по рабочему циклу, 2-тактный окажется проще и компактнее. А вот по топливной экономичности и экологическим показателям в выигрыше окажется 4-тактный мотор.

По типу конструкции

По конструкции ДВС делятся на:

• поршневые, в которых расширяющиеся при сгорании газы приводят в движение поршень, который в свою очередь толкает коленвал;
• роторные.Растущее давление газов воздействует на ротор, соединённый с корпусом через зубчатую передачу. Роторный мотор не имеет ГРМ. Его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках корпуса;
• газовые турбины. В этих двигателях внутреннего сгорания газы с высокой скоростью попадают на лопатки силовой турбины, которая соединяется через редуктор с трансмиссией. Для нагнетания воздуха в мотор установлен турбинный компрессор.

Моторы могут быть без наддува, с турбокомпрессором или нагнетателем. Конструкция подбирается под назначение двигателя: будь то стационарная установка или транспорт.

По количеству цилиндров

Одно цилиндровые двигатели работают неравномерно, что не критично для лодочных моторов, мопедов и мотоциклов. Двигатель автомобиля устроен сложнее, поскольку нужна высокая мощность, а значит и большой объём цилиндра. Так, в транспорте малого класса применяются 4-цилиндровые моторы. В грузовые автомобили ставят 6- и 8-цилиндровые ДВС.

В моделях премиум класса встречаются 12-цилиндровые агрегаты. Например, в Audi A8 установлен мотор W12 с 4 клапанами на каждый цилиндр и мощностью 420 л.с.

По принципу создания рабочей смеси

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания различается способами смесеобразования:

• внешнее: в карбюраторных моторах и в агрегатах с впрыском топлива во впускной коллектор;
• внутреннее: в дизельных двигателях и бензиновых с непосредственным впрыском в камеру сгорания.

По расположению цилиндров

Поршневые двигатели автомобиля различаются компоновочной схемой блока цилиндров и могут представлять собой конструкцию:

• рядную;
• V-образную;
• оппозитную с углом развала между поршнями 180°;
• VR-образную;
• W -образную.

В зависимости от компоновки моторы устанавливаются в подкапотное пространство вертикально, горизонтально или под углом к вертикальной плоскости для уменьшения высоты конструкции.

По типу топлива

Работа двигателя внутреннего сгорания происходит за счёт сжигания смеси воздуха с бензином, газа или дизеля. В качестве газового топлива ДВС применяются углеводород, сжиженный газ, смесь пропана и бутана, метан, водород.

По принципу работы ГРМ

Выше мы рассматривали, что ГРМ может быть устроен по схеме OHV, ОНС или DОНС. Выбор компоновки влияет на принцип работы двигателя. Также приводы клапанов различаются способами регулировки тепловых зазоров, которые увеличиваются в результате нагрева конструкции. Настройку зазоров проводят вручную, меняя специальные винты в коромыслах, или устанавливают гидрокомпенсаторы для автоматической регулировки.

Принцип работы двигателя

Изучив устройство, перейдём к рассмотрению принципа работы ДВС. Как работает двигатель внутреннего сгорания разберём на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается поршень, соединённый с коленчатым валом через шатун. Положение, в котором остаётся поршень после перемещения вверх, называется верхней мёртвой точкой ВМТ. А положение после перемещения вниз — нижней мёртвой точкой НМТ. Ход поршня между двумя крайними точками называется тактом. Рабочий цикл включает 4 последовательных такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Посмотрим поэтапно, как работает 4-тактный двигатель внутреннего сгорания:

1. В начале такта впуска открывается впускной клапан, а поршень перемещается от ВМТ. В это время в цилиндр всасывается горючая смесь.
2. После прохода НМТ поршень поднимается вверх, сжимая рабочую смесь и остаточные газы. Все клапана закрыты. Растёт давление и температура сжатых газов. В это время свеча зажигания даёт искру для воспламенения смеси.
3. Рабочая смесь горит, толкая поршень от ВМТ вниз. Клапана ещё закрыты.
4. На такте выпуска открывается выпускной клапан, и поршень поднимается вверх, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.

В многоцилиндровом блоке одинаковые такты в цилиндрах проходят в разном порядке. Например, если в устройство двигателя входит 4-цилиндровый блок, то очередность работы может выглядеть, как 1-3-2-4. Это означает, что такт впуска пройдёт сначала в 1, потом в 3, затем во 2, а после в 4 цилиндре.

Принцип работы двухтактного двигателя

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя с двумя рабочими тактами отличаются от 4-тактного. Здесь вместо клапанов в определённых местах цилиндра предусмотрены отверстия — продувочные окна. Свечи зажигания установлены в головке цилиндра.

Во время первого такта поршень двигается от НМТ к ВМТ. Через впускное окно под давлением насоса поступает рабочая смесь, заполняя цилиндр. Выпускное окно открыто и выпускает остатки отработавших газов. Перемещаясь, поршень перекрывает окна. Горючая смесь сжимается. Вблизи ВМТ подаётся искра зажигания, после чего начинается второй такт.

Поршень перемещается вниз под действием давления газов. Открываются окна. Сначала выпускное, через которое выходят отработанные газы, а затем впускное, через которое снова подаётся смесь.

Схема двухтактного двигателя имеет большой КПД: поршень за весь рабочий цикл совершает 2 хода, а коленчатый вал делает один полный оборот. Однако, часть топливно-воздушной смеси теряется вместе с отработанными газами, что даёт низкую топливную экономичность. Кроме того, поршневые кольца, постоянно пересекая кромки продувочных окон, быстро изнашиваются.

Преимущества и недостатки ДВС

ДВС — основной силовой агрегат, который устанавливают в автомобили. Несмотря на популярность, устройство двигателя внутреннего сгорания далеко от идеала.

Плюсы ДВС

Минусы ДВС

Заключение

Устройство двигателя внутреннего сгорания постоянно усложняется, в попытках угодить запросам потребителей. Растёт количество модификаций, применяются новые электронные системы и перспективные виды топлива. Но эпоха доминирования ДВС постепенно заканчивается, на смену приходят более экологические чистые, эффективные и бесшумные конструкции. Например, гибридная машина, в которой ДВС работает в паре с электродвигателем.

https://imazda.ru/poleznaya-informaciya/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya-ustrojstvo-princip-raboty-i-klassifikaciya.html
https://dvsoff.ru/tip/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya