Принцип роботи двигуна внутрішнього згорання. ДВС: пристрій, робота, ККД

У переважній більшості автомобілів використовуються в якості палива для двигунів похідні нафти. При згорянні цих речовин виділяються гази. У замкнутому просторі вони створюють тиск. Складний механізм сприймає ці навантаження і трансформує їх спочатку в поступальний рух, а потім - в обертальний. На цьому заснований принцип роботи двигуна внутрішнього згорання. Далі обертання вже передається на провідні колеса.

Поршневий двигун

У чому перевага такого механізму? Що дав новий принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння? В даний час їм обладнуються не тільки автомобілі, але і сільськогосподарський і вантажний транспорт, локомотиви поїздів, мотоцикли, мопеди, скутера. Двигуни такого типу встановлюються на військовій техніці: танках, бронетранспортерах, вертольотах, катерах. Ще можна згадати про бензопилах, косарках, мотопомпах, генераторних підстанціях і іншому мобільному обладнанні, в якому використовується для роботи дизельне паливо, бензин або газова суміш. До винаходу принципу внутрішнього згоряння паливо, частіше тверде (вугілля, дрова), спалювалося в окремій камері. Для цього застосовувався котел, який грів воду. В якості першоджерела рушійної сили використовувався пар. Такі механізми були масивними і габаритними. Ними обладналися локомотиви паровозів і теплоходи. Винахід двигуна внутрішнього згорання дало можливість в рази зменшити габарити механізмів.

Система

При роботі двигуна постійно відбувається ряд циклічних процесів. Вони повинні бути стабільними і відбуватися за строго певний проміжок часу. Ця умова забезпечує безперебійну роботу всіх систем. У дизельних двигунів паливо заздалегідь не готується. Система подачі палива доставляє його з бака, і воно подається під високим тиском в циліндри. Бензин ж по шляху попередньо змішується з повітрям. Принцип роботи двигуна внутрішнього згорання такий, що система запалювання запалює цю суміш, а кривошипно-шатунний механізм приймає, перетворює і передає енергію газів на трансмісію. Газорозподільна система випускає з циліндрів продукти горіння і виводить їх за межі транспортного засобу. Попутно знижується звук вихлопу.




Система змащення забезпечує можливість обертання рухомих вузлів. Тим не менш тертьові поверхні нагріваються. Система охолодження стежить за тим, щоб температура не виходила за межі допустимих значень. Хоча всі процеси відбуваються в автоматичному режимі, за ними все ж необхідно спостерігати. Це забезпечує система управління. Вона передає дані на пульт в кабіну водія.

Пристрій двигуна внутрішнього згоряння

Досить складний механізм повинен мати корпус. У ньому монтуються основні вузли і агрегати. Додаткове обладнання для систем, що забезпечують його нормальну роботу, розміщується поблизу і монтується на знімних кріпленнях. У блоці циліндрів розташовується кривошипно-шатунний механізм. Основне навантаження від згорілих газів палива передається на поршень. Він з'єднаний з шатуном колінчастим валом, який перетворює поступальний рух на обертальний. Також в блоці розміщується циліндр. За його внутрішній площині переміщується поршень. На ньому прорізані канавки, в яких містяться ущільнювальні кільця. Це необхідно для мінімізації зазору між площинами і створення компресії. Зверху до корпусу кріпиться головка блоку циліндрів. В ній монтується газорозподільний механізм. Він складається з валу з ексцентриками, коромисел та клапанів. Їх почергове відкриття і закриття забезпечують впуск палива всередину циліндра і випуск потім відпрацьованих продуктів горіння. До низу корпусу вмонтовується піддон блоку циліндрів. Туди стікає масло після того, як воно змаже тертьові з'єднання деталей вузлів і механізмів. Всередині двигуна розташовані канали, по яких циркулює охолоджуюча рідина.

Принцип роботи ДВС

Суть процесу полягає в перетворення одного виду енергії в інший. Це відбувається при спалюванні палива в замкнутому просторі циліндра двигуна. Виділяються гази розширюються, і всередині робочого простору створюється надлишковий тиск. Його сприймає поршень. Він може рухатися вгору-вниз. Поршень за допомогою шатуна з'єднаний з колінчатим валом. По суті це головні деталі кривошипно-шатунного механізму – основного вузла, що відповідає за перетворення хімічної енергії палива в обертальний рух вала. Принцип роботи двигуна внутрішнього згорання заснований на почергової зміни циклів. При поступальному русі поршня вниз відбувається робота – на певний кут провертається колінчастий вал. На одному його кінці закріплений масивний маховик. Отримавши прискорення, він за інерцією продовжує рух, і це ще провертає колінчастий вал. Тепер шатун штовхає поршень нагору. Він займає робоче положення і знову готовий прийняти на себе енергію воспламененного палива.

Особливості

Принцип роботи ДВС легкових автомобілів найчастіше заснований на перетворенні енергії згорає бензину. Вантажівки, трактори та спеціальна техніка обладнуються в основному дизельними двигунами. Ще в якості палива може використовуватися скраплений газ. Дизельні двигуни не мають системи запалювання. Займання палива відбувається від створюваного тиску в робочій камері циліндра. Робочий цикл може здійснюватися за один або два оберти колінчастого вала. У першому випадку відбувається чотири такту: впуск палива і його займання, робочий хід, стиснення, випуск відпрацьованих газів. Двотактний двигун внутрішнього згоряння повний цикл здійснює за один оборот колінчастого валу. При цьому за один такт відбувається впуск палива і його стиснення, а на другому – займання, робочий хід і випуск відпрацьованих газів. Роль газорозподільного механізму двигунів такого типу відіграє поршень. Рухаючись вгору-вниз, він по черзі відкриває вікна впуску палива і випуску відпрацьованих газів. Крім поршневих ДВЗ існують ще турбінні, реактивні та комбіновані двигуни внутрішнього згоряння. Перетворення в них енергії палива в поступальний рух транспортного засобу здійснюється за іншими принципами. Пристрій двигуна і допоміжних систем також суттєво відрізняється.

Втрати

Незважаючи на те, що ДВС відрізняється надійністю і стабільністю роботи, її ефективність недостатньо висока, як це може здатися на перший погляд. В математичному вимірі ККД двигуна внутрішнього згоряння в середньому становить 30-45 %. Це говорить про те, що більша частина енергії спаленного палива витрачається вхолосту. ККД кращих бензинових двигунів може становити лише 30 %. І тільки масивні економні дизелі, у яких багато додаткових механізмів і систем, можуть ефективно перетворити до 45 % енергії палива в перерахунку на потужність і корисну роботу. Пристрій двигуна внутрішнього згоряння не може виключити втрати. Частина палива не встигає згоряти і йде з відпрацьованими газами. Інша стаття втрат – це витрата енергії на подолання різного роду опорів при терті спряжених поверхонь деталей вузлів і механізмів. І ще якась частина її витрачається на приведення в дію систем двигуна, що забезпечують його нормальну і безперебійну роботу.