Що відбувається, коли повертається ключ в замку запалювання? Під капотом починається тихе дзижчання і запускається мотор автомобіля. При цьому відбуваються процеси, які непосвяченому здаються дивовижними. При подачі палива в мотор рухається автомобіль. Залишається зрозуміти, як працює двигун внутрішнього згоряння.
Види двигунів
Мотори бувають зовнішнього згоряння і внутрішнього згоряння. Першими були винайдені двигуни зовнішнього згоряння – парові двигуни, де тверде паливо у вигляді вугілля або дров згорало в топці. У котлі вироблявся пар, який в стислому вигляді діяв на поршні мотора. Вони були громіздкими, з низьким ККД.
У 1794 році фізик Роберт Стріт запатентував пристрій, який визначив як двигун внутрішнього згоряння на рідкому паливі. Принцип такого мотора запропонував в 1678 році Християн Гюйгенс. За типом палива мотори діляться:
- бензиновий;
- дизельний;
- газотурбінний.
Характерні газотурбінні двигуни, які розроблені порівняно недавно. Вони встановлюються на літаки, ракети. Принцип їх роботи полягає в тому, що основною деталлю є турбіна, через яку виштовхуються гази під великим тиском.
Карбюратор влаштований так, що за рахунок ряду жиклерів, паливо і повітря змішуються в різних пропорціях в залежності від навантаження на мотор. При запуску, в холодний двигун з карбюратора надходить суміш, збагачена паливом. При невеликих навантаженнях подається збіднена суміш.
Бензинові движки по типу уприскування суміші бувають:
- карбюраторний;
- інжекторний.
Інжекторні регулятори працюють на основі форсунок. Паливо дозовано подається в камеру. Регулювання таких моторів відбувається електронікою за допомогою комп’ютера.
Принцип дії бензинових і дизельних ДВЗ однаковий. До колінчастого валу через шатуни і вкладиші прикріплені Поршні. Вони рухаються в циліндрах за рахунок тиску газів.
Будь-який ДВЗ має систему:
- газорозподілу;
- охолодження;
- змащувальну;
- повітряної подачі.
Ще є система уприскування, яка різна у карбюраторних, інжекторних двигунів і у дизелів.
Принцип роботи ДВЗ
Як працює ДВЗ: принцип роботи заснований на перетворенні поступального руху поршнів в обертальний. Існують 4 Положення (кроку) поршня в циліндрі: Крок 1 впорскування або підсмоктування. Вхідний клапан відкритий і в камеру згоряння потрапляють пари бензину і повітря. На кожну краплю бензину потрібна достатня кількість кисню. Адже без нього вибух Неможливий. Коли паливо в дисперсному стані змішується з киснем, починається другий крок-стиснення. Вхідний клапан закривається, поршень рухається вгору. У закритому просторі суміш повітря з бензином стискається, обсяг газу зменшується приблизно в 10 разів.
Тиск зростає. Зіткнення молекул повітря і бензину відбувається частіше, і температура суміші в камері також збільшується. Починається третій етап: згоряння або вибух. Як тільки поршень досягає свого верхнього положення, Свічка дає іскру потужністю 40 тисяч Вт. Це провокує вибух, і температура газу миттєво зростає. Виділяється велика порція тепла. Це тепло змушує молекули рухатися, збільшуючи тиск на поршень.
Той слухняно рухається вниз, приводячи в рух колінчастий вал. Таким чином, енергія вибуху трансформується в обертальний рух і передається на колеса машини. І останній крок-вихлоп. Вихідний клапан відкритий поршень піднімається, виштовхуючи залишки газу після вибуху з двигуна. На цьому чотиритактний цикл закінчується. Але процес повторюється знову і знову – до 60 вибухів в 1 секунду. При чотирьох циліндрах кожну секунду в цьому двигуні відбувається 480 вибухів. Це середній клас моторів.
Насправді існують шість, і вісім, і дванадцять циліндрів. У чотиритактних моторів високий коефіцієнт корисної дії. Весь секрет цього двигуна в чотирьох положеннях поршня, синхронно відкриваються і закриваються клапанів газорозподільної системи. Всього на рахунок чотири цей двигун перетворює енергію згоряння в обертання.
Пристрій і робота дизелів
Дизель (ДВС на дизельному паливі) обов’язково має більш потужний корпус, в якому відлиті вікна для установки коленвала, розподільного валу, пристрою газорозподілу, коробки клапанів по два на кожен поршень.
Дизель (ДВЗ на дизельному паливі)
Окремо слід розповісти про паливному насосі. Його будова така, що в залежності від положення поршнів проводиться впорскування порції палива в камеру згоряння через форсунки високого тиску. Паливо в дисперсному стані потрапляє в камеру за рахунок роботи поршнів насоса і форсунок. Насос має механізм і відміряє палива рівно стільки, скільки потрібно для проведеної в цей момент роботи всього ДВС.
Якщо подивитися схему насоса на малюнку, то на поршнях видно косі канавки. За рахунок цих канавок Поршні повертаються і змінюють простір для надходження палива. У верхній частині насоса є планка з зубцями. Їх призначення полягає в тому, щоб в залежності від навантаження на дизель провертати шестерінки плунжерів і змінювати кількість палива, що надходить. Плунжерна пара (поршень з циліндром) мають дуже щільне зіткнення.
На фазі уприскування відбувається різке вкидання палива в трубопровід високого тиску форсунки. А за рахунок точних свердлувань отворів в форсунці, паливо розпорошується в камері згоряння до дисперсного стану. При змішуванні з повітрям і сильному стисненні, відбувається займання без додаткової іскри.
Застосування турбонаддуву дозволяє збільшити потужність мотора. Турбіна встановлюється на відвідному трубопроводі. Лопатки турбіни обертаються з величезною швидкістю. Повітря після повітряного фільтра надходить в камеру згоряння під тиском.
Якщо подивитися в розрізі на дизель, то видно канали, для повідомлення подачі масла до деталей мотора. Під дизелем розташований піддон, який використовується як ємність для вмісту масла для зовнішньої мастила коленвала.
Двигуни внутрішнього згоряння мають різну будову і, відповідно, застосовується в різних галузях промисловості. ДВС постійно вивчаються в шкільних програмах, в профтехосвіті, про них пишуться реферати. Учні на лекціях пишуть конспекти, готують доповіді, які їм знадобляться в подальшій діяльності за спеціальністю механіків, мотористів, машиністів поїздів і т. д.
