#Читайдома: 8 вопросов про то, как работает двигатель внутреннего сгорания

Двигателем внутреннего сгорания называют двигатель, который превращает энергию сгорания топлива в механическую работу. А слово «внутреннего» подразумевает, что сгорание происходит в рабочей камере (цилиндре) внутри двигателя. 

Существую также двигатели "внешнего" сгорания: паровые двигатели, например, используют тепло от сгорания топлива для нагрева жидкости, которая, превращаясь в пар, совершает работу.

1. КАК ИМЕННО ДВС ИСПОЛЬЗУЮТ ЭНЕРГИЮ ТОПЛИВА? 

Он его сжигает — за это ДВС и не любят экологи. Сгорание происходит в сердце мотора — полом цилиндре, объём которого может меняться благодаря движущемуся внутри него поршню. Топливо — а точнее, топливо-воздушная смесь — горит очень быстро, практически взрывается. В результате горения образуется много газа, которому становится тесно в цилиндре — и уже его давление и заставляет поршень с силой двигаться из положения, когда объём цилиндра минимален (его называют «верхней мёртвой точкой», ВМТ) к максимальному объёму, достигаемому в «нижней мёртвой точке» (НМТ). 

А чтобы этот процесс продолжался непрерывно, последовательно должны выполняться четыре стадии одного цикла, так называемые «такты» — 1. наполнение цилиндра смесью (впуск), 2. сжатие смеси, 3. рабочий ход (сгорание) и 4. выпуск расширившихся газов. За четыре такта поршень дважды проходит путь от ВМТ к НМТ и обратно.

В автомобильном двигателе цилиндр обычно не один — чаще всего их четыре, шесть или восемь, расположенных в ряд, V-образно или напротив друг друга. Бывает, конечно, и 10, и 12 и даже 16, но это уже частные случаи. Количество цилиндров, их объём, степень сжатия (отношение максимального объёма к минимальному) определяют такие свойства мотора, как мощность, тяга и максимально возможные обороты.

2. НО ВЕДЬ ПОРШЕНЬ ХОДИТ ВВЕРХ-ВНИЗ, КАК ПРИ ЭТОМ ДВС ВРАЩАЕТ КОЛЕСА? 

Для перевода поступательного движения поршней (вверх-вниз) во вращение внутри мотора есть коленвал. Поршни через рычаги (их называют шатунами) давят на шейки (секции) коленчатого вала, смещённые относительно его оси — так же, как человек давит на педали велосипеда, заставляя вращаться звёздочку-шестерёнку, которая затем приводит в движение цепь, соединённую с ведущим колесом. 

Чтобы вращение коленвала было равномерным, к нему прикручен массивный диск (маховик). А в некоторых двигателях вместе с коленвалом крутятся и специальные балансирные валы, снижающие вибрации, которые неизбежно случаются из-за взрывов топлива внутри мотора.

3. КАК ТОПЛИВО ПОПАДАЕТ В ЦИЛИНДР, КОТОРЫЙ НА ТАКТЕ СЖАТИЯ ДОЛЖЕН БЫТЬ ГЕРМИТИЧНЫМ? 

Для этого у каждого цилиндра есть клапаны — впускной и выпускной.

Впускной открывается на такте впуска — в этот момент поршень движется вниз и помогает засасывать топливную смесь внутрь цилиндра. Выпускной клапан открывается на последнем такте, когда поршень после рабочего хода начинает подниматься к верхней мёртвой точке и выталкивает через открывшееся отверстие отработанные газы, освобождая место для новой порции топлива. 

В большинстве современных моторов клапанов не два, а четыре (у некоторых и пять) — это сделано для того, чтобы за один такт наполнять цилиндр большим количеством смеси и быстрее и эффективнее избавляться от отработанных газов.

За синхронизацию работы клапанов с поршнями отвечает распределительный вал (или несколько валов). На распредвалах есть специальные утолщения (кулачки) — при вращении вала они давят на клапаны, и те открываются. Как только распредвал перестаёт давить на клапан, тот под действием пружины возвращается в закрытое состояние. Распредвал крутится ровно в два раза медленнее коленвала, делая один оборот за четыре такта работы цилиндра, а порядок и продолжительность открытия клапанов регулируется расположением и размером кулачков на нём.

4. КАКОЕ ТОПЛИВО ИСПОЛЬЗУЕТ ДВС? 

В современных автомобилях обычно применяется один из двух видов топлива — бензин или солярку (дизельное топливо). Соответственно и двигатели делят на бензиновые и дизельные. Но чтобы мотор нормально работал, ему нужно строго определённое количество топлива, которое зависит от нагрузки и оборотов. А ещё ему нужен воздух — без него бензин или солярка гореть в цилиндрах не будут. «Снабженцем» ДВС выступает система питания — она отмеряет нужные порции топлива и воздуха, смешивает их и подаёт на впуск.

5. ЧЕМ ОТЛИЧАЮТСЯ БЕНЗИНОВЫЙ И ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛИ? 

Тем, как в них готовится и отмеривается топливная смесь. Работа бензинового мотора регулируется количеством воздуха, который система питания пропускает в цилиндры — нажимая на газ, водитель открывает заслонку (дроссель) на впуске сообщая механизму о своём желании поехать побыстрее — то есть, увеличить отдачу двигателя. Электроника, управляющая двигателем, на основе показаний датчиков оценивает, какое количество воздуха попадёт на впуск, рассчитывает и отмеряет нужное количество бензина, который затем смешивается с воздухом перед попаданием в цилиндр или прямо в нём. Затем получившаяся смесь поджигается искрой — маленькой искусственной молнией, которую генерирует установленная в цилиндре свеча зажигания. На ранних автомобилях система питания была полностью механической.

В дизельном двигателе обороты и отдача регулируются только количеством дизтоплива, которое впрыскивается в цилиндр под огромным давлением, распыляясь на мельчайшие капельки. Поступление воздуха не ограничивается заслонками, но в цилиндре он сжимается намного сильнее, чем в бензиновом моторе. От этого смесь сильно нагревается и вспыхивает безо всякой искры. Поэтому говорят, что в дизельных двигателях воспламенение происходит от сжатия.

6. ЧТО ПРОИСХОДИТ С ПРОДУКТАМИ ГОРЕНИЯ?

На такте выпуска поршень выталкивает из цилиндра газы, образовавшиеся при сгорании топлива, и уже совершившие полезную работу. Но выпускать их в атмосферу сразу нельзя. Они очень горячие, «выплёвываются» очень часто и с огромной скоростью. Из-за этого выхлопные газы оглушающе громкие. Чтобы утихомирить их, нужен глушитель — металлическая коробка с трубками и перегородками внутри, которые образуют лабиринт на их пути. Проходя через глушитель, отработанные газы теряют энергию — замедляются, остывают и уже почти бесшумно попадают наружу через выхлопную трубу. В современных машинах газы пропускают ещё и через каталитический нейтрализатор — в нём самые токсичные продукты горения превращаются в менее вредные (например, угарный газ — в углекислый). И уже потом попадают в атмосферу.

А ещё инженеры придумали, как использовать энергию выхлопных газов с пользой. Для этого на выходе из двигателя ставят турбонагнетатель (колесо с лопатками), который и вращает очень быстрый газовый поток. Турбина, в свою очередь, крутит колесо компрессора, который нагнетает воздух в мотор. Чем больше воздуха (и соответственно топлива) попадает в цилиндры, тем выше может быть мощность двигателя.

7. ДВС ИСПОЛЬЗУЕТ ЭНЕРГИЮ ТОПЛИВА? 

Увы, нет — даже самый совершенный двигатель совершает не только полезную работу. Часть энергии сгорающего топлива уходит на нагрев самого двигателя. Но слишком горячим ему быть нельзя, иначе детали не выдержат и разрушатся. Поэтому мотор приходится охлаждать. Его наиболее горячие части омываются специальной охлаждающей жидкостью, которая затем перекачивается в радиатор (охладитель), где отдаёт лишние градусы в атмосферу, и возвращается назад — чтобы снова нагреваться от двигателя и снова остывать. Циркуляцию жидкости по системе поддерживает водяной насос (помпа), а нужную температуру регулирует термостат.

8. ЧТО ЕЩЕ НУЖНО МОТОРУ ДЛЯ НОРМАЛЬНОЙ РАБОТЫ? 

Прежде всего масло.Оно требуется для смазки движущихся частей — это снижает трение, а значит и износ. Масло из нижней части двигателя (поддона) забирает масляный насос — по системе каналов и трубок оно подаётся к коленвалу и распредвалу, клапанам и поршням, а затем, смазав все важные узлы, масло стекает обратно в поддон. Откуда снова откачивается насосом.

Ещё двигателю нужно… электричество. Бензиновому — чтобы поджигать смесь в цилиндрах. А для запуска любого ДВС требуется хотя бы один оборот коленвала — его совершает небольшой электромотор (стартер). Управляет работой современных моторов электроника. А ещё в машине есть лампочки, фары, музыка, электроприводы стёкол... Поэтому в машине не обойтись без генератора, вырабатывающего электроэнергию (он приводится ремнём от двигателя), и аккумулятора, который накапливает излишки электричества про запас.

Примерно так устроен любой автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Хотя современные агрегаты, конечно, намного сложнее по конструкции. Их оснащают турбонаддувом, повышают их эффективность за счёт оптимизации процесса сгорания топлива, лишают распредвалов, клапанов и дроссельных заслонок... Но об этом, наверное, как-нибудь в другой раз.

По материалам портала auto.ru. 

23 апр. 2020 г.
Просмотры: 293