В скольких десятках статей мы с вами, друзья, обсуждали нюансы работы двигателя внутреннего сгорания... ГРМ, форсунки, зажигание, выпуск... Но не разбирали главного: а как это всё взаимосвязано, так сказать, глобально? Как работает ДВС в принципе? За счёт чего он "крутится" и не останавливается, пока не повернёшь ключ? Вот сегодня и рассмотрим этот коренной момент. Да, в сети есть гигатонны статей на эту тему, но они, на мой взгляд, по большей части занудны и не всегда понятны. Я же попробую рассказать "на пальцах", как всегда. Ну и анимация нам в помощь.
Что двигается внутри?
Есть некая идеально-выточенная (до тысячных долей миллиметра) "труба". Это цилиндр (что очевидно по геометрической форме). В него очень плотно вставляется цилиндрическая же подвижная часть - это поршень. Поршень непрерывно и циклически передвигается вверх-вниз по своей "трубе", и будучи связан некой палкой на двух осях с коленчатым валом, вращает его. Палка называется шатун, и превращает возвратно-поступательное движение поршня (то есть вверх-вниз) во вращательное движение коленчатого вала (по кругу).
Наверху, над поршнями, есть два вала называемых распределительными. Они "намертво" связаны с коленчатым валом цепью или ремнём, и вращаются всегда одновременно с ним. Задача распредвалов - вовремя открывать и закрывать клапаны над поршнями. Зачем нужны клапаны? Об этом далее.
За счёт чего двигаются поршни?
Чтобы толкнуть поршень вниз - то есть, заставить его надавить на шатун и провернуть коленчатый вал (коленвал) - необходима некая сила, которая вынудит его это сделать. В случае с двигателем внутреннего сгорания, это химическая энергия горения топлива, преобразуемая в механическую энергию движения поршней и всего остального. Но я обещал просто. Итак, что происходит в цилиндрах.
1) Сначала в цилиндр (для упрощения считаем его полностью герметичным) нужно добавить то, что будет гореть. Конечно, это топливо (в нашем случае бензин). Но ни один бензин не будет гореть в безвоздушной среде. Необходим окислитель - кислород, содержащийся в воздухе. Значит, подаём в цилиндр смесь бензина и воздуха. На этом этапе у нас открыт впускной клапан, откуда эта гремучая смесь и поступает. При этом цилиндр движется вниз, буквально засасывая эту смесь через клапан (как шприц воду, или тот же воздух). Этот такт называется впуск.
Логично спросить: ну а в самом начале-то, за счёт чего поршень движется вниз, если машина была незаведённой?! Отвечаю - есть такая штука как стартер, работающий автономно, от аккумулятора. Он и заставляет мотор сделать "первый вдох" с поворотом ключа на "старт". Стартер раскручивает коленвал тупо механически, своей шестерёнкой за маховик (это такое большое чугунное колесо в торце коленвала).
2) Отлично, взрывоопасная смесь в цилиндре! Но поршень-то уже внизу, а чтобы он начал "давить" на коленвал через шатун, он должен быть наверху! Да. Поэтому, за счёт движения других цилиндров (они обычно работают парно и асинхронно: два вверху, два внизу) и за счёт инерции вращения тяжеленного маховика, поршень снова идёт вверх. При этом, впускной клапан закрывается. Получается, что поршень, двигаясь вверх, сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре. При этом она, по всем законам физики, ещё и нагревается. Этот такт называется сжатие. Всё логично и не так сложно, не правда ли? :)
3) Все мы знаем о свечах зажигания. Когда поршень, дойдя до верха, максимально сжал смесь, свеча даёт электродугу (искру). Её достаточно для того, чтобы смесь воспламенилась. При этом мы помним, что так как она была неслабо сжата поршнем (скажем, в 10 раз от первоначального объёма), то и без того находилась под давлением. А учитывая что смесь ещё и горючая... В общем, взрыв, возникающий в цилиндре, вызывает резкое расширение газов. А так как на данном этапе камера сгорания герметична (все клапаны закрыты), единственный "выход" для этих газов - продавить подвижный поршень вниз. Это и есть тот момент, когда на поршень давят сгораемые газы, а поршень через шатун крутит коленвал, совершая полезную работу. Такт рабочего хода.
4) Ну и "финал-апофеоз" происходящего. Логично, что теперь продукты сгорания нужно вытолкнуть из цилиндра и повторить цикл заново. Когда поршень дошёл до нижней точки и совершил работу, он снова начинает двигаться вверх (помним, что другие поршни тоже трудятся и коленвал вращается непрерывно). Но теперь уже не сжимая заготовленную смесь, а выталкивая отработанные газы. Для этого на данном этапе открывается выпускной клапан, а далее газы поступают в выпускной тракт и на улицу, через выхлопную трубу. Вы удивитесь, но это называется такт выпуска.
Ну а далее всё снова повторяется: дойдя до верха, поршень снова бежит вниз, засасывая свежий воздух вперемешку с бензином...
А "следит" за этим делом всё тот же механизм ГРМ, который строго в нужный момент открывает и закрывает нужные клапаны (на впуск и выпуск). Подробнее об этом мы уже разговаривали здесь.
К слову, теперь понятно, почему двигатель называется четырёхтактный.
Надеюсь, кому-то будет полезно!
Всем исправных двигателей и понятной матчасти!
P.S.: Друзья, буду очень рад лайкам и подписке!
Данная статья публикуется исключительно на Я.Дзен OVER 9000
