Принцип работы двс: виды двигателей, устройство двигателя, рабочий цикл двс

Строй-Техника.ру

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Ремонт топливной аппаратуры автомобилей

Публикация:

   Устройство и работа простейшего карбюратора

Читать далее:

   Образование горючей смеси и влияние ее состава на работу двигателя

Устройство и работа простейшего карбюратора

Устройство

Простейший карбюратор состоит из двух основных частей: смесеобразующего устройства и поплавковой камеры. В смесеобразующем устройстве происходит приготовление горючей смеси, а поплавковая камера является резервуаром, откуда топливо подается для смешения с воздухом.

Смесеобразующее устройство карбюратора имеет входной воздушный патрубок, диффузор, смесительную камеру, дроссельную заслонку, выходной патрубок. Выходной патрубок обычно заканчивается фланцем, которым карбюратор крепится к впускному трубопроводу двигателя.

Дополнительные материалы по теме:

На входном патрубке устанавливают шланг для подвода воздуха или непосредственно воздушный фильтр. Диффузор является местным уменьшением сечения смесеобразующего устройства. Благодаря диффузору улучшаются условия распыливания топлива, так как при работе двигателя в самом узком сечении диффузора создается максимальная скорость воздушного потока. В этом месте устанавливают распылитель, представляющий собой трубку, выведенную в диффузор. Через распылитель происходит истечение и распыление топлива.

Поплавковая камера содержит поплавковый механизм, состоящий из поплавка и игольчатого клапана. Поплавок закреплен шарнирно на стенке поплавковой камеры. На рычаг поплавка опирается запорная игла игольчатого клапана.

При подаче топлива через штуцер в поплавковую камеру поплавок всплывает и своим рычагом поднимает запорную иглу, закрывая игольчатый клапан. Как только уровень топлива в поплавковой камере достигнет заданного предела, игольчатый клапан закроется полностью и поступление топлива в камеру прекратится. При расходовании топлива из поплавковой камеры поплавок опускается и приоткрывает игольчатый клапан. В поплавковую камеру вновь начинает поступать топливо до момента достижения заданного уровня. Таким образом, поплавковая камера с помощью поплавкового механизма обеспечивает поддержание заданного уровня топлива при всех режимах работы двигателя.

В нижней части поплавковой камеры располагают главный жиклер. Его основное назначение состоит в дозировании топлива для получения горючей смеси нужного состава. Жиклер представляет собой пробку с центральным калиброванным отверстием. Диаметр калиброванного отверстия жиклера выбирается в зависимости от требуемого расхода топлива. Большое значение для образования горючих смесей имеет также длина калиброванного отверстия жиклера, углы входных и выходных фасок, диаметры каналов в теле жиклера. Главный жиклер может быть установлен в нижней или верхней части распылителя.

Работа

При вращении коленчатого вала двигателя во время тактов впуска и при открытой дроссельной заслонке через смесительную камеру карбюратора проходит воздух. Внутри диффузора скорость потока воздуха значительно возрастает, и на выходе рыспылителя создается разрежение. При этом в поплавковой камере вследствие наличия отверстия давление остается равным атмосферному. Из-за разности давлений в поплавковой камере и в распылителе топливо начинает перетекать через главный жиклер и распылитель в виде фонтанчика, попадая в горловину диффузора. Здесь струя поступающего воздуха дробит вытекающее топливо на мелкие капельки, которые перемешиваются с воздухом, испаряются и образуют горючую смесь.

Образование горючей смеси в смесительной камере карбюратора происходит не в полном объеме. Часть топлива в виде капелек не успевает испариться и перемешаться с воздухом. Неиспарив-шиеся капельки топлива движутся в потоке воздуха и оседают на стенках смесительной камеры и впускного трубопровода. Топливо, осевшее на стенки, образует пленку, которая движется с малой скоростью. Чтобы испарить пленку топлива, впускной трубопровод при работе двигателя подогревается. Чаще всего используется жидкостный подогрев (от системы охлаждения двигателя) или подогрев теплом отработавших газов. Таким образом, можно считать, что образование горючей смеси заканчивается в конце впускного трубопровода двигателя.

Рекламные предложения:

Читать далее: Образование горючей смеси и влияние ее состава на работу двигателя

Категория: —
Ремонт топливной аппаратуры автомобилей

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Такты четырехтактного двигателя Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации

Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта)

Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

1. На такте впуска поршень в цилиндре движется вниз, от клапанов к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он начинает опускаться, открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или только воздух, если двигатель с непосредственным впрыском). При движении поршень сам «накачивает» нужный объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, или воздух поступает под напором, если установлен турбонаддув.
2. Дойдя до нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. При этом впускной клапан закрывается, и при движении поршень сжимает воздух с распыленным в нём топливом до критического давления.
3. Как только поршень условно доходит до верхней мертвой точки и компрессия становится максимальной, срабатывает свеча зажигания и топливо вспыхивает (дизтопливо зажигается при сжатии само, без искры). Микровзрыв от вспышки толкает поршень снова вниз, к НМТ.
4. И на четвертом такте открывается выпускной клапан. Поршень снова движется вверх, выдавливая из камеры сгорания выхлопные газы в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного двигателя По сути, полезной работы в двигателе только один такт из четырех, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, толкающее поршень. Остальные три такта нужны как вспомогательные, которые не дают импульса к движению, но на них расходуется энергия.

При таких условиях двигатель мог бы остановиться, когда кривошипно-шатунный механизм (КШМ) приходит к энергетическому равновесию. Но чтобы этого не произошло, используется большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленвале, уравновешивающие нагрузки от работы поршней.

Принцип работы двухтактного двигателя

Такты двухтактного двигателя Двухтактные двигатели используются не слишком широко. В основном это моторы скутеров и мопедов, легких моторных лодок, газонокосилок. Весь рабочий процесс такого двигателя можно разделить на два основных этапа:

1. В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней) в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь. Поднимаясь, поршень сжимает ее до критической компрессии, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит поджиг.
2. Сгорая, топливо толкает поршень вниз, при этом одновременно открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания выходят из цилиндра. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), повторяется первый такт – впуск и сжатие одновременно.

Работа двухтактного двигателя Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективней четырехтактного, ведь здесь на полезное действие приходится половина работы. Но в реальности мощность двухтактного двигателя намного ниже, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном механизме газораспределения.

При сгорании топлива часть энергии уходит в выпускной коллектор, не выполняя никакой работы кроме нагрева. В итоге, двухтактные двигатели применяются только в маломощном транспорте и требуют особых моторных масел.

Виды бензиновых двигателей

Современные бензиновые двигатели можно классифицировать по нескольким категориям.

1. По количеству цилиндров – с одним цилиндром, двумя цилиндрами и несколькими цилиндрами.
2. По расположению цилиндров:
   • рядные двигатели (цилиндры расположены строго в ряд наклонным или вертикальным способом);
   • V-образные двигатели (цилиндры расположены под углом);
   • W-образные двигатели (цилиндры располагаются в четыре ряда под углом с коленвалом)
   • оппозитные двигатели (цилиндры расположены под углом 180 градусов)
3. По способу получения топливной смеси – инжекторные, карбюраторные.
4. По типу смазки — раздельные (масло находится только в картере), смешанные (масло смешивается с топливом).
5. По методу охлаждения — охлаждение жидкостью, охлаждение воздухом.
6. По типу циклов – двухтактные, четырехтактные.
7. По типу подачи воздушной смеси в цилиндры — с наддувом, без наддува.

Преимущества бензинового двигателя:

• Проще конструкция
• Легче по весу
• Двигатель дешевле
• Возможность эксплуатации на высоких оборотах
• Проще в сервисном обслуживании
• Меньше шума
• Легче заводится при низких температурах
• Менее требователен к качеству топлива
• Более широкие возможности для переоборудования на газ

Недостатки:

• Выше пожаро- и взрывоопасность
• Более требователен к качеству масел
• Хуже тяга на низах
• Выше расход топлива с ростом нагрузки

Учитывая все особенности бензинового и дизельного двигателей можно сделать вывод, что у обоих имеются как плюсы,так и минусы. Если коротко — для легковых машин больше подойдет бензин, для внедорожников и коммерческого транспорта часто выбирают дизель. Какой двигатель вам подойдет больше — это зависит от ваших потребностей и условий эксплуатации.

Двухтактные дизели

Мало кто знает, что не так давно существовали и двухтактные дизели с сухим картером, которые успешно эксплуатировались в СССР до самых 90-х годов. Отличительной особенностью такого двухтактного двигателя являлось наличие газораспределительного механизма, который имел всего пару (или один) выпускных клапанов, а вот впуск осуществлялся классическим способом для двух тактов — через продувочные окна. К таким двигателям относятся ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 , танковые двигатели 5ТДФ (700 л.с) и 6ТДФ-2 (1200 л.с.) . Еще одно привлекательное отличие от бензинового собрата — продувка дизеля осуществлялась воздухом, а не рабочей смесью, как у бензинового варианта, поэтому экономичность дизельного двухтактника была сравнима с четырехтактным вариантом.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах литровой ёмкости и частоте вращения вала примерно на 50-70% больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов в единицу времени. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60…70% по сравнению с четырехтактным ДВС.

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение. 

Принцип работы четырехтактного двигателя

Такты четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации

Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта). Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск

На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации

Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

1. На такте впуска поршень в цилиндре движется вниз, от клапанов к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он начинает опускаться, открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или только воздух, если двигатель с непосредственным впрыском). При движении поршень сам «накачивает» нужный объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, или воздух поступает под напором, если установлен турбонаддув.
2. Дойдя до нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. При этом впускной клапан закрывается, и при движении поршень сжимает воздух с распыленным в нём топливом до критического давления.
3. Как только поршень условно доходит до верхней мертвой точки и компрессия становится максимальной, срабатывает свеча зажигания и топливо вспыхивает (дизтопливо зажигается при сжатии само, без искры). Микровзрыв от вспышки толкает поршень снова вниз, к НМТ.
4. И на четвертом такте открывается выпускной клапан. Поршень снова движется вверх, выдавливая из камеры сгорания выхлопные газы в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного двигателя

По сути, полезной работы в двигателе только один такт из четырех, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, толкающее поршень. Остальные три такта нужны как вспомогательные, которые не дают импульса к движению, но на них расходуется энергия.

При таких условиях двигатель мог бы остановиться, когда кривошипно-шатунный механизм (КШМ) приходит к энергетическому равновесию. Но чтобы этого не произошло, используется  большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленвале, уравновешивающие нагрузки от работы поршней.

Принцип работы двухтактного двигателя

Такты двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели используются не слишком широко. В основном это моторы скутеров и мопедов, легких моторных лодок, газонокосилок. Весь рабочий процесс такого двигателя можно разделить на два основных этапа:

1. В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней) в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь. Поднимаясь, поршень сжимает ее до критической компрессии, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит поджиг.
2. Сгорая, топливо толкает поршень вниз, при этом одновременно открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания выходят из цилиндра. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), повторяется первый такт – впуск и сжатие одновременно.

Работа двухтактного двигателя

Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективней четырехтактного, ведь здесь на полезное действие приходится половина работы. Но в реальности мощность двухтактного двигателя намного ниже, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном механизме газораспределения.

При сгорании топлива часть энергии уходит в выпускной коллектор, не выполняя никакой работы кроме нагрева. В итоге, двухтактные двигатели применяются только в маломощном транспорте и требуют особых моторных масел.

Как это работает

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки, при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, в результате чего топливная смесь сжимается, так как ей в закрытой камере некуда деваться. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

На заключительном этапе деталь достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени, пока водитель не заглушит двигатель.

В результате взрыва бензина поршень движется вниз и толкает коленчатый вал. Тот раскручивается и передает нагрузки на колеса автомобиля. Именно так и выглядит устройство двигателя автомобиля.

ПОДРОБНОСТИ: Моторное масло кастрол — его разновидности особенности и подбор

Общее устройство двигателя и основные принципы его работы станут понятны при изучении одноцилиндровой двухтактной модели.

Такой ДВС состоит из:

• камеры сгорания;
• поршня, соединенного с коленвалом посредством кривошипно-шатунного механизма;
• системы подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси;
• клапана для удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Движущийся поршень сжимает ТВС, при достижении верхней мертвой точки система электронного зажигания воспламеняет смесь. Стремительно расширяясь, горящие пары бензина отбрасывают поршень в нижнюю мертвую точку. Пройдя определенную часть пути, он открывает выхлопной клапан, через который раскаленные газы покидают камеру сгорания. Пройдя нижнюю точку, поршень меняет направление движения к ВМТ. За это время коленвал совершил один оборот.

Данные пояснения станут более понятными при просмотре видео о работе двигателя внутреннего сгорания.

Данный видеоролик наглядно показывает устройство и работу двигателя автомобиля.

Два такта

Основным недостатком двухтактной схемы, в которой роль газораспределительного элемента играет поршень, является потеря рабочего вещества в момент удаления выхлопных газов. А система принудительной продувки и повышенные требования к термостойкости выхлопного клапана приводят к увеличению цены двигателя.

Четыре такта

Разделение фаз работы ДВС очень условно. Инерционность отработавших газов, возникновение локальных вихрей и обратных потоков в зоне выхлопного клапана приводит к взаимному перекрыванию во времени процессов впрыска топливной смеси и удаления продуктов горения.

Проблема была успешно решена путем механической синхронизации работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. Проще говоря, впрыск топливно-воздушной смеси в камеру сгорания произойдет только после полного удаления отработанных газов и закрытия выхлопного клапана.

Развитие вычислительной техники и внедрение электронных блоков управления дало возможность успешно разрешить и эту задачу. Система электромагнитного управления работой клапанов ДВС позволяет на лету, в зависимости от режима работы, выбирать оптимальный режим газораспределения. Анимированные схемы и специализированные видео облегчат понимание этого процесса.

На основании видео не сложно сделать вывод, что современный автомобиль это огромное количество всевозможных датчиков.

Дизельные, с воспламенением от сжатия

Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. В разогретый от сжатия в цилиндре воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. В процессе впрыскивания топливной смеси происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топливной смеси возникают очаги сгорания, по мере впрыскивания топливная смесь сгорает в виде факела. Так как дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что, в сочетании с длительным горением, обеспечивающим постоянное давление рабочего процесса, благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50 % в случае с крупными судовыми двигателями.
Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются большим крутящим моментом на валу. Также некоторые крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжелых топливах, например, мазутах. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счет пневматической схемы с запасом сжатого воздуха, либо, в случае с инверторными генераторными установками, от присоединенной электромашины, которая при обычной эксплуатации выполняет роль генератора.
Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля, а по циклу Тринклера-Сабатэ со смешанным подводом теплоты.
Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряженностью, требующей повышенной прочности конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов. Также дизельные двигатели за счет гетерогенного сгорания характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах.

Виды бензиновых двигателей

В рекламных проспектах на новые модели автомобилей указывается много разных данных. Среди них описывается тип силового агрегата. Если в первых автомобилях достаточно было указать тип используемого топлива (дизель или бензин), то на сегодняшний день одних бензиновых модификаций существует большое разнообразие.

Вот несколько категорий, по которым классифицируются такие силовые агрегаты:

1. Число цилиндров. В классическом исполнении машина оснащается мотором с четырьмя цилиндрами. Более производительные, а вместе с тем и более прожорливые, имеют 6, 8 или даже 18 цилиндров. Однако существуют и агрегаты с небольшим количеством котелков. Например, Toyota Aygo оснащается 1.0-литровым бензиновым ДВС на 3 цилиндра. Подобный агрегат получил и Peugeot 107. Некоторые малолитражки могут оснащаться даже двухцилиндровым бензиновым агрегатом.
2. Строение блока цилиндров. В классическом исполнении (4-цилиндровая модификация) мотор имеет рядное расположение цилиндров. В основном они установлены вертикально, но иногда встречаются и наклоненные аналоги. Следующая конструкция, завоевавшая доверие у многих автомобилистов, это агрегат с V-образным расположением цилиндров. В такой модификации всегда парное количество котелков, которые расположены под определенным углом друг относительно друга. Часто такую конструкцию используют для экономии места в подкапотном пространстве, особенно если это габаритный мотор (например, насчитывает 8 цилиндров, но места занимает, как 4-цилиндровый аналог). Некоторые производители устанавливают в свои автомобили W-образный силовой агрегат. Эта модификация отличается от V-образного аналога дополнительным развалом блока цилиндров, который в разрезе имеет форму буквы W. Еще одна разновидность моторов, которые используются в современных автомобилях, это оппозитник или боксер. Подробно о том, как устроен такой движок и как он работает, рассказывается в другом обзоре. Пример моделей с подобным агрегатом – Subaru Forester, Subaru WRX, Porsche Cayman и т.д.
3. Система подачи топлива. По этому критерию моторы делятся на две категории: карбюраторные и инжекторные. В первом случае бензин закачивается в топливную камеру механизма, из которой через жиклер всасывается во впускной коллектор. Инжектор это система, которая принудительным образом распыляет бензин в полость, в которой установлена форсунка. Подробно работа этого устройства описывается здесь. Инжекторы бывают нескольких видов, которые отличаются особенностями расположения форсунок. В более дорогих автомобилях распылители устанавливаются непосредственно в головке блока цилиндров.
4. Вид смазочной системы. Каждый ДВС работает в условиях повышенных нагрузок, из-за чего он нуждается в качественной смазке. Существует модификация с мокрым (классический вид, в котором масло находится в поддоне) или сухим (для хранения масла установлен отдельный резервуар) картером. Подробно об этих разновидностях рассказывается отдельно.
5. Тип охлаждения. Большинство современных моторов для автомобилей имеет водяное охлаждение. В классическом исполнении такая система будет состоять из радиатора, патрубков и охлаждающей рубашки вокруг блока цилиндров. Действие этой системы описано здесь. Некоторые модификации силовых агрегатов, работающих на бензине, могут иметь и воздушное охлаждение.
6. Тип циклов. Всего существует две модификации: двухтактного или четырехтактного типа. Принцип действия двухтактной модификации описан в другой статье. Немного позже рассмотрим, как работает 4-тактная модель.
7. Тип поступления воздуха. Во впускной тракт воздух для приготовления воздушно-топливной смеси может поступать двумя способами. Большинство классических моделей ДВС имеют атмосферный тип впускной системы. В нем воздух поступает за счет разрежения, которое создает поршень, двигаясь к нижней мертвой точке. В зависимости от системы впрыска в этот поток распыляется порция бензина либо перед впускным клапаном, либо немного раньше, но в тракте, соответствующем конкретному цилиндру. В моновпрыске подобно карбюраторной модификации на впускном коллекторе устанавливается одна форсунка, а ВТС затем всасывается конкретным цилиндром. Подробно о работе системы впуска рассказывается здесь. В более дорогих агрегатах бензин может распыляться непосредственно в самом цилиндре. Помимо атмосферного мотора существует также турбированная версия. В ней воздух для приготовления ВТС нагнетается при помощи специальной турбины. Она может работать за счет движения выхлопных газов или при помощи электрического мотора.

Немецкие модификации первых ДВС

В 1876 году исследованиями стали заниматься немецкие ученые. Многие из их имен по сей день считаются весьма известными в автомобильной индустрии. Первым стоит назвать Николаса Отто. Благодаря этому исследователю появился легендарный «цикл Отто». Этот ученый первым придумал и создал двигатель, который работал на четырех цилиндрах. После чего уже в 1877 году исследователь получил патент на новое устройство. Этот двигатель по сей день лежит в основе множества современных моторов.

Еще одним известным ученым, который внес значительный вклад в развитие ДВС, стал Готлиб Даймлер. В сотрудничестве с Вильгельмом Майбахом он придумал мотор, который работал на основе газа.

В 1886 году ученые создали первый автомобиль, который работал на ДВС. Устройство получило название Reitwagen. До того момента движок ставили на двухколесный транспорт. Майбах придумал первый карбюратор с жиклерами, который тоже использовался довольно длительное время.

Чтобы создать эффективный ДВС, инженерам пришлось объединить свои усилия. В результате сформировалась группа ученых, в которую вошли Майбах, Отто и Даймлер. Они смогли собирать по 2 мотора в день. По тем временем это был отличный показатель.

Однако спустя некоторое время позиции исследователей в совершенствовании устройств разошлись. В результате Даймлер покинул команду для основания собственной компании. Майбах последовал за своим другом.

Не менее известным немецким ученым стал Карл Бенц. Первый ДВС он создал в 1886 году. К тому моменту у ученого уже была своя компания Benz & Company.

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение. 

Принцип работы четырехтактного двигателя

Такты четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации

Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта). Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск

На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации

Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

1. На такте впуска поршень в цилиндре движется вниз, от клапанов к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он начинает опускаться, открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или только воздух, если двигатель с непосредственным впрыском). При движении поршень сам «накачивает» нужный объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, или воздух поступает под напором, если установлен турбонаддув.
2. Дойдя до нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. При этом впускной клапан закрывается, и при движении поршень сжимает воздух с распыленным в нём топливом до критического давления.
3. Как только поршень условно доходит до верхней мертвой точки и компрессия становится максимальной, срабатывает свеча зажигания и топливо вспыхивает (дизтопливо зажигается при сжатии само, без искры). Микровзрыв от вспышки толкает поршень снова вниз, к НМТ.
4. И на четвертом такте открывается выпускной клапан. Поршень снова движется вверх, выдавливая из камеры сгорания выхлопные газы в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного двигателя

По сути, полезной работы в двигателе только один такт из четырех, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, толкающее поршень. Остальные три такта нужны как вспомогательные, которые не дают импульса к движению, но на них расходуется энергия.

При таких условиях двигатель мог бы остановиться, когда кривошипно-шатунный механизм (КШМ) приходит к энергетическому равновесию. Но чтобы этого не произошло, используется  большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленвале, уравновешивающие нагрузки от работы поршней.

Принцип работы двухтактного двигателя

Такты двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели используются не слишком широко. В основном это моторы скутеров и мопедов, легких моторных лодок, газонокосилок. Весь рабочий процесс такого двигателя можно разделить на два основных этапа:

1. В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней) в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь. Поднимаясь, поршень сжимает ее до критической компрессии, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит поджиг.
2. Сгорая, топливо толкает поршень вниз, при этом одновременно открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания выходят из цилиндра. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), повторяется первый такт – впуск и сжатие одновременно.

Работа двухтактного двигателя

Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективней четырехтактного, ведь здесь на полезное действие приходится половина работы. Но в реальности мощность двухтактного двигателя намного ниже, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном механизме газораспределения.

При сгорании топлива часть энергии уходит в выпускной коллектор, не выполняя никакой работы кроме нагрева. В итоге, двухтактные двигатели применяются только в маломощном транспорте и требуют особых моторных масел.