Вже більш, ніж сто років у світі головним силовим агрегатом у всій колісної техніки є поршневий двигун внутрішнього згоряння. З’явившись на початку XX століття і замінивши собою паровий двигун, ДВС в XXI столітті залишається найбільш вигідним з точки зору економіки та ефективності видом моторів. Давайте детально розглянемо, як влаштований такий тип ДВС, як він працює, дізнаємося, які ще бувають поршневі двигуни.
Визначення, особливості ДВС
У процесі розвитку науки і техніки конструкція ДВС постійно удосконалювалися. Двигуни зуміли довести свою ефективність. Так з’явилися поршневі двигуни внутрішнього згорання і як підвид – карбюраторні і інжекторні двигуни. Можна виділити дизельні двигуни, роторно-поршневі і газотурбінні агрегати.
Бензинові ДВС
Традиційний поршневий мотор оснащений внутрішньою камерою згоряння. Це циліндр всередині блоку двигуна. При горінні палива виділяється енергія, яка потім перетворюється в механічне рух колінчастого вала. За рахунок поступального руху поршнів, які впливають на систему з шатунів і колінчастого валу, виходить обертання маховика. Можна детальніше ознайомитися з конструкцією у відповідному ГОСТ поршневого двигуна внутрішнього згоряння.
Карбюраторний двигун внутрішнього згоряння відрізняється тим, що робоча суміш палива і повітря готується в спеціальному пристрої – карбюраторі. Суміш впорскується в циліндри за рахунок розрядження. Далі вона запалюється завдяки свічці запалювання.
Інжекторний ДВС має більш сучасну конструкцію. Тут замість традиційного механічного пристрою в системі живлення є електронні форсунки. Вони відповідають за впорскування точних порцій пального безпосередньо в циліндри двигуна.
Дизельні ДВЗ
Дизельний поршневий двигун внутрішнього згоряння має певні конструктивні та принципові відмінності від бензинових ДВЗ.
Якщо в бензиновому агрегаті для займання використовується іскра від свічі, то в дизельних працює інший принцип і крім свічок накалу тут немає. Дизельне паливо потрапляє в циліндри через форсунки, змішується з повітрям, а потім вся ця суміш стискається, внаслідок чого нагрівається до температури горіння.
Роторно-поршневі
Роторно-поршневий двигун істотно відрізняється від традиційних ДВС. Гази впливають на спеціальні деталі та елементи. Так, під впливом газів рухомий ротор рухається в спеціальній камері у формі вісімки. Камера виконує функції поршнів, ГРМ і коленвала. Камера має форму «вісімки».
Комбіновані агрегати
В газотурбінних двигунах внутрішнього згоряння теплова енергія перетворюється в механічну за рахунок обертання спеціального ротора зі спеціальними лопатками. Цей ротор приводить в дію вал турбіни.
Спеціальні поршневі і комбіновані двигуни внутрішнього згоряння (а це газотурбінні двигуни і роторні) можна сміливо заносити в червону книгу. Сьогодні роторно-поршневий мотор виготовляє лише японська Mazda. Crysler якось випустив дослідну серію газотурбінних ДВС, однак це було в 60-х і більше до цього питання ніхто з автовиробників не повертався по сьогоднішній день.
У Радянському Союзі газотурбінні ДВС встановлювали на танки і десантні кораблі, однак і там у подальшому вирішено було відмовитися від агрегатів даної конструкції.
Пристрій ДВС
Двигун являє єдиний механізм. Він складається з блоку циліндрів, деталей кривошипно-шатунного механізму, механізму ГРМ, системи вприскування і випуску.
Всередині блоку циліндрів розташована камера згоряння, де безпосередньо запалюється паливно-повітряна суміш, а продукти згоряння приводять в дію поршні. За допомогою кривошипно-шатунного механізму енергія згоряння палива передається на колінчастий вал. Механізм ГРМ необхідний для забезпечення своєчасного відкриття і закриття впускних і випускних клапанів.
Принцип дії
При запуску двигуна в циліндри через впускний клапан впорскується суміш палива і повітря і підпалюється від іскри на свічці запалювання, згенерованої системою запалювання. При горінні утворюються гази. Коли відбувається теплове розширення, внаслідок надлишкового тиску поршень починає рухатися, обертаючи тим самим колінчастий вал.
Робота поршневих двигунів циклічна. У циклі поршневого двигуна внутрішнього згорання може бути від двох до чотирьох тактів. Цикли в процесі роботи мотора повторюються кілька сотень разів за одну хвилину. Так колінчастий вал може безперервно обертатися.
Двотактний ДВС
Коли мотор запускається, то поршень приводиться в рух за рахунок повороту колінчастого валу. Коли поршень досягне положення нижньої мертвої точки і почне рухатися вгору, в циліндр буде подана паливно-повітряна суміш.
При русі вгору поршень почне суміш. Коли поршень досягне верхнього положення, буде згенерована іскра. Паливно-повітряна суміш запалиться. Розширюючись, гази будуть штовхати поршень вниз.
У цей момент відкриється випускний клапан, через який продукти згоряння зможуть вийти з камери. Далі знову дійшовши до нижньої мертвої точки, поршень почне свій шлях у ВМТ. Всі ці процеси проходять за один оборот колінчастого валу.
Коли поршень почне новий рух, відкривається впускний клапан і нова порція паливно-повітряної суміші замістить собою відпрацьовані гази. Весь процес почнеться заново. Двотактний поршневий двигун внутрішнього згоряння здійснює меншу кількість рухів на відміну від чотиритактного. Знижені втрати на тертя, але виділяється більше тепла.
Механізм газорозподілу замінюється поршнем. У процесі руху поршня відкриваються і закриваються впускні і випускні отвори в блоці циліндрів. У порівнянні з чотиритактним силовим агрегатом, газообмін у двотактному двигуні – це головний недолік. У момент виходу відпрацьованих газів втрачається ефективність і потужність.
Незважаючи на цей недолік поршневих двигунів внутрішнього згоряння двотактних, вони застосовуються в мопедах, скутерах, як човнових моторів, бензопилах.
Чотиритактний двигун внутрішнього згоряння
Чотиритактний ДВС недоліків двотактного мотора позбавлений. Такі мотори встановлюються на більшість автомобілів та іншу техніку. Впуск і випуск відпрацьованих газів – це окремий процес, і він не поєднаний зі стисненням, хоча працює поршневий двигун внутрішнього згорання від займання суміші. Робота мотора синхронізується за рахунок газорозподільного механізму – клапани відкриваються і закриваються синхронно з оборотами колінчастого вала. Впуск паливної суміші здійснюється лише після повного виходу відпрацьованих газів.
Переваги ДВС
Почати варто з найпопулярніших моторів – рядних чотирициліндрових агрегатів. Серед переваг – компактність, мала вага, одна ГБЦ, висока ремонтопридатність.
Серед усіх видів ДВЗ можна виділити ще опозитні двигуни. Вони не особливо популярні через більш складної конструкції. Застосовують їх переважно на гоночних авто. Серед переваг – відмінна первинна і вторинна балансування, а звідси і м’яка робота. На коленвал виявляється менша навантаження. Як результат, незначні втрати потужності. Двигун має низький центр ваги, а автомобіль краще управляється.
Рядні шестициліндрові мотори відмінно збалансовані, а сам агрегат працює дуже плавно. Незважаючи на велику кількість циліндрів, ціна виробництва не дуже висока. Також можна виділити ремонтопридатність.
Недоліки ДВС
Основний недолік поршневих двигунів внутрішнього згоряння – це все ж не токсичність і гучність, а слабка ефективність. В ДВС тільки 20 % енергії витрачається на власне механічну роботу. Все решта витрачається на обігрів і інші процеси. Також двигуни випускають в атмосферу шкідливі речовини такі, як оксиди азоту, чадний газ, різні альдегіди.
