Как устроен двигатель внутреннего сгорания?

В чём так преуспела человеческая мысль в известной нам истории? Использование огня, изобретение колеса, использование рабочей силы животных коней, быков, создание механизмов... Человек мыслил особенно усердно, когда сталкивался с большими вопросами, а страсть решить их оптимально и гарантированно не покидала его. Вот почему человек изобрёл двигатель внутреннего сгорания. Это ответ всем новым вызовам, которые ставили перед ним задачи. У каждой грамотно поставленной задачи существует решение, поэтому изобретение двигателя - всего лишь ответ на самый заурядный вопрос: как можно передвигаться быстро на движущейся повозке, без использования силы животных?

Это возможно! Первое условие - необходим сам механизм, само устройство, структура, которая перемещается. Это колеса, кабина и руль. Но как заставить колёса крутиться и весь механизм ехать, перевозить человека на борту? Для этого был изобретён двигатель.

Предлагаем статью с сайта http://vodi.su/ustroystvo-dvs/

Как устроен двигатель внутреннего сгорания

Первые ДВС обладали малой мощностью, а коэффициент полезного действия не доходил даже до десяти процентов, но неутомимые изобретатели — Ленуар, Отто, Даймлер, Майбах, Дизель, Бенц и множество других — привносили что-то новое, благодаря чему имена многих увековечены в названиях известных автомобильных компаний.

ДВС прошли длительный путь развития от коптящих и часто ломающихся примитивных моторов, до сверхсовременных битурбированных двигателей, но принцип их работы остался все тот же — теплота сгорания топлива преобразуется в механическую энергию. Название «двигатель внутреннего сгорания» используется потому, что топливо сгорает в середине двигателя, а не снаружи, как в двигателях внешнего сгорания — паровых турбинах и паровых машинах. Благодаря этому ДВС получили множество положительных характеристик: они стали намного легче и экономичнее; стало возможным избавиться от дополнительных агрегатов для передачи энергии сгорания топлива или пара к рабочим частям двигателя; топливо для ДВС обладает заданными параметрами и позволяет получать значительно больше энергии, которую можно преобразовать в полезную работу.

двигатель внутреннего сгорания

Устройство ДВС

Вне зависимости от того, на каком топливе работает двигатель — бензин, дизель, пропан-бутан или экотопливо на основе растительных масел — главным действующим элементом является поршень, который находится внутри цилиндра. Поршень похож на металлический перевернутый стакан (скорее подойдет сравнение с бокалом для виски — с плоским толстым дном и прямыми стенками), а цилиндр — на небольшой кусок трубы, внутри которой и ходит поршень. В верхней плоской части поршня имеется камера сгорания — углубление круглой формы, именно в нее попадает топливно воздушная смесь и здесь же детонирует, приводя поршень в движение. Это движение передается на коленчатый вал с помощью шатунов. Шатуны верхней своей частью прикреплены к поршню с помощью поршневого пальца, который просовывается в два отверстия по бокам поршня, а нижней — к шатунной шейке коленчатого вала. Первые ДВС имели всего один поршень, но и этого было достаточно, чтобы развить мощность в несколько десятков лошадиных сил. В наше время тоже применяются двигатели с одним поршнем, например пусковые двигатели для тракторов, которые выполняют роль стартера. Однако больше всего распространены 2-х, 3-х, 4-х, 6-и и 8-цилиндровые двигатели, хотя выпускаются двигатели на 16 цилиндров и более.

устройство двс

Поршни и цилиндры находятся в блоке цилиндров. От того, как расположены цилиндры по отношению к друг другу и к другим элементам двигателя, выделяют несколько видов ДВС: рядные — цилиндры расположены в один ряд; V-образные — цилиндры расположены друг против друга под углом, в разрезе напоминают букву «V»; U-образные — два объединенных между собой рядных двигателя; X-образные — ДВС со сдвоенными V-образными блоками; оппозитные — угол между блоками цилиндров составляет 180 градусов; W-образные 12-цилиндровые — три или четыре ряда цилиндров установленные в форме буквы «W»; звездообразные двигатели — применяются в авиации, поршни расположены радиальными лучами вокруг коленчатого вала.

двигатель внутреннего сгорания поршни

поршень двс поршень двс

Следующая информация с сайта http://autooboz.info/2010/12/dvigatel-kak-on-ustroen/

Схема работы бензинового двигателя внутреннего сгорания состоит из четырех тактов:

  • такт впуска;
  • такт сжатия;
  • рабочий такт;
  • такт выпуска.

Поршень является главным элементом двигателя внутреннего сгорания, который связан шатуном с коленчатым валом. Так называемый, кривошипно-шатунный механизм, преобразующий прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня в радиальное движение коленвала.

Рабочий цикл бензинового двигателя:

1. Такт впуска. На этом этапе поршень опускается из верхней крайней точки в нижнюю крайнюю точку, при этом кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, и через него воздушно-топливная смесь поступает из карбюратора в камеру сгорания цилиндра. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается.

2. Такт сжатия – поршень, сжимая топливную смесь, возвращается из нижней мертвой точки в верхнюю. Температура смеси при этом существенно увеличивается. Когда поршень доходит до верхней крайней точки, свеча зажигания воспламеняет сжатую рабочую смесь.

3. Рабочий такт. Впускной и выпускной клапаны, во время этого такта, закрыты. Воспламененная горючая смесь сгорает при высокой температуре, образовавшиеся газы моментально расширяются и толкают поршень вниз.

4. Такт выпуска. На заключительном этапе рабочего цикла коленвал продолжает вращаться по инерции, поршень идет в верхнюю мертвую точку. В то же время открывается клапан выпуска, и поршень вытесняет отработанные газы в выхлопную трубу. Когда он достигает верхней крайней точки, выпуск закрывается.

После окончания такта необязательно начинается следующий такт. Такая ситуация называется перекрытием клапанов, то есть когда одновременно открыты оба клапана (впуска и выпуска). Это необходимо для эффективного наполнения цилиндра воздушно-топливным соединением, а также для более результативной очистки цилиндров от выхлопных газов. После этого рабочий цикл повторяется.

Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что поршень двигается прямолинейно, а движение, осуществляющееся при сгорании топливной смеси, – вращательное. Линейный ход поршней преобразовывается в поворотное движение, необходимое для работы колес автомобиля, при помощи коленчатого вала.

Основные элементы двигателя, которые принимают участие в преобразовании тепловой энергии в механическую:

1. Свеча зажигания – вырабатывает электрическую искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Искра должна появляться в заданный момент времени для равномерной и бесперебойной работы поршня.

свеча

Свеча зажигания

2. Клапаны. Выпускные и впускные клапаны закрываются и открываются в заданный момент, впуская воздух в цилиндр и выпуская отработанные газы. Во время процесса горения топливной смеси оба клапана закрыты. Клапан выпуска открывается до достижения поршня крайней нижней точки и остается открытым до прохождения поршня к верхней крайней точке. К этому моменту впускной уже будет открыт.

3. Поршень. Образующиеся во время сгорания топливной смеси горячие газы выдавливают поршень, передавая энергию через шатун и палец коленвалу. Для сохранения компрессии в цилиндрах на поршень устанавливаются уплотняющие чугунные кольца. Для повышения износостойкости поршневые кольца покрываются тонким слоем пористого хрома. Их износ происходит, в среднем, через каждые 3 тысячи километров пробега.

4. Шатун – соединяет коленчатый вал с поршнем. Вращение шатуна является двухсторонним, это нужно для того, чтобы его угол мог изменяться в зависимости от местоположения поршня, обеспечивая движение коленвала. Обычно шатуны делают из стали, иногда из алюминия.

5. Коленчатый вал. Поворот коленчатого вала осуществляется вследствие вертикального хода поршня. Коленвал приводит в движение колеса автомобиля.

коленчатый вал двс

Коленчатый вал

Важным элементом двигателя является коленчатый вал, на который передается возвратно-поступательное движение поршня, коленвал преобразует его во вращение. Когда на тахометре отображаются обороты двигателя, то это как раз и есть количество вращений коленвала в минуту, то есть он даже на самых низких оборотах вращается со скоростью 2000 оборотов в минуту. С одной стороны коленвал соединен с маховиком, от которого вращение через сцепление подается на коробку передач, с другой стороны — шкив коленвала, связанный с генератором и газораспределительным механизмом через ременную передачу.

В более современных авто шкив коленвала связан также со шкивами кондиционера и гидроусилителя руля. Топливо подается в двигатель через карбюратор или инжектор. Карбюраторные ДВС уже отживают свое из-за несовершенства конструкции. В таких ДВС идет сплошной поток бензина через карбюратор, затем топливо смешивается во впускном коллекторе и подается в камеры сгорания поршней, где детонирует под действием искры зажигания. В инжекторных двигателях непосредственного впрыска топливо смешивается с воздухом в блоке цилиндров, куда подается искра от свечи зажигания. Газораспределительный механизм отвечает за согласованную работу системы клапанов.

Впускные клапаны обеспечивают своевременное поступление топливновоздушной смеси, а выпускные отвечают за выведение продуктов сгорания. Как мы уже писали раньше, такая система используется в четырехтактных двигателях, тогда как в двухтактных необходимость в клапанах отпадает.

Источник: http://vodi.su/ustroystvo-dvs/ VODI.su ©