Двигатель внутреннего сгорания один из самых распространенных на технике. Устанавливают его на моторные лодки, тракторы, корабли, автомобили и т. д., на планете можно начитать порядка сотни миллионов подобных двигателей. В нашей статье мы опишем в чем заключается теория двигателя внутреннего сгорания. И так, начнем.
Устройства поршневого ДВС.
Основной частью двигателя внутреннего сгорания является газораспределительный и кривошипно-шатунный механизмы, а также системы охлаждения, питания, зажигания и смазочная система. Кривошипно-шатунный механизм призван преобразовывать прямолинейные поступательные возвратные движения поршня во вращательное движение коленвала. Механизм газораспределения обеспечит своевременный впуск топлива в цилиндр и удалит из него продукты сгорания. Система питания нужна, для того чтобы приготовить и подать горючую смесь в цилиндр, а также отвести продукты сгорания.
Смазочная система необходима для подачи масла к деталям взаимодействия, чтобы частично их охладить и уменьшить силу трения, вместе с этим циркулирующее масло смывает нагар и удаляет продукты изнашивания. Нормальный температурный режим работы двигателя поддерживает система охлаждения, которая обеспечивает отвод теплоты от нагревающихся деталей клапанного механизма и цилиндров поршневой группы. Система зажигания воспламеняет рабочую смесь в цилиндре двигателя.
Классификация ДВС
По способу образования смеси:
- с внутренним образованием смеси (рабочая смесь будет образована внутри цилиндров) – дизельные двигатели.
- с внешним образованием смеси, у которых горючая смесь смешивается вне цилиндров (газовые или карбюраторные)
По методу осуществления цикла работы:
- двухтактные
- четырехтактные
По количеству цилиндров:
- многоцилиндровые
- двухцилиндровые
- одноцилиндровые
По расположению цилиндров:
- V-образные с цилиндры располагаются под углом (когда цилиндры располагаются под углом 180о двигатель называют оппозитным, или двигателем с противолежащими цилиндрами)
- с наклонным или вертикальным расположением цилиндров в одном ряду;
По способу охлаждения:
- с воздушным охлаждением
- с жидкостным охлаждением
По виду применяемого топлива:
- газовые
- дизельные
- бензиновые
- многотопливные
По сжатию смеси:
- низкого (E=4...9) сжатия
- высокого (E=12...18) сжатия
По тому, как наполняется цилиндр свежим зарядом:
- с наддувом, в которых впуск горючей смеси или воздуха в рабочий цилиндр производится под давлением, которое создает компрессор, с целью получения повышенной мощности двигателя и увеличения заряда;
- без наддува, в которых впуск горючей смеси или воздуха производится при всасывающем ходе поршня за счет разряжения в цилиндре.
По частоте вращения:
- быстроходные
- повышенной частоты вращения
- тихоходные
Принцип работы.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания работает на основе использования теплового расширения газов, которые нагреты в процессе перемещения поршня от верхней к нижней мертвой точке. В положении ВМТ газы нагреваются в результате того, что сгорает топливовоздушная смесь в цилиндре. При этом давление и температура газов повышается. Из-за того, что давление под поршнем равнозначно атмосферному, а внутри цилиндра оно в разы больше, именно под действием данной разницы в давлениях поршень будет перемещаться вниз, при этом расширяясь газы будут проделывать полезную работу. Для того чтобы постоянно двигателем вырабатывалась механическая энергия, необходимо периодически заполнять цилиндр новым порциями воздуха. Осуществляется это обычно через впускной клапан, топливо подается через форсунку, а смесь их может подаваться через впускной клапан. После расширения продукты сгорания топлива удалятся из цилиндра через выпускной клапан. Все эти задачи управляются механизмом газораспределения, он открывает и закрывает клапаны и подает топливо в систему. Рабочий цикл двигателя – это ряд последовательный процессов, которые периодически повторяются. Такие процессы протекают в каждом цилиндре, и обуславливают преобразования энергии тепла в механическую работу. Если полный рабочий цикл будет осуществлен за два поршневых хода, другими словами, за один оборот коленчатого вала, то подобный двигатель будет называться двухтактным. Однако, как правило, автомобильные двигатели работают по четырехтактному циклу, завершается он за два оборота коленчатого вала или же 4 хода поршня. Состоит цикл из двух тактов впуска, расширения (хода работы), такта выпуска и сжатия.
Принцип действия двухтактного двигателя
Главным отличаем двухтактного двигателя от четырехтактного является то, что в нем горючей смесью цилиндры наполняются в начале хода сжатия поршня, а очищаются цилиндры от отработанных газов в конце хода расширения. Другими словами процессы впуска и выпуска происходят без дополнительных самостоятельных движений поршня. Общим процессом всех видов двухтактного двигателя является его продувка, или процесс при котором при помощи воздуха или потока горючей смеси удаляются отработанные газа из цилиндра. Именно по этому у двигателей данного вида всегда есть компрессор или продувочный насос. Давайте рассмотрим работу карбюраторного двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У такого типа двигателей нет клапанов, роль их выполняет поршень, который, перемещаясь, закрывает выпускные, впускные и продувочные окна. Посредством этих окон в нужные моменты впускной трубопровод сообщается с выпускным и картером (кривошипной камерой), который не имеет контакта с атмосферой. В средней части цилиндра три окна: выпускное, впускное и продувочное, сообщающиеся с кривошипной камерой двигателя и клапаном.
Также в теории двигателя внутреннего сгорания надо упомянуть, чем отличается дизельный и карбюраторный двухтактный двигатель. Главное их отличие, что у дизеля в цилиндр поступает не горючая смесь, а воздух, в конце такта сжатия идет впрыскивание мелкораспыленного топлива. Мощность двигателя с двумя тактами почти в два раза больше, из-за того, что за тоже время у него проходит в два раза больше рабочих циклов.
