Двигатель внутреннего сгорания использует энергию сгорания топлива в рабочей камере внутри двигателя преобразует ее в механическую работу.
Основную часть автомобилей производят с поршневым четырехтактным ДВС. Разберем принцип работы такого двигателя.
Кривошипно-шатунный механизм приводится в движение от энергии сгорания топлива и преобразует ее во вращательную механическую работу.
Газораспределительный механизм необходим для открытия впускных и выпускных клапанов. Приводится в движение цепной ременной и значительно реже шестереночной передачей от коленчатого вала.
Рассмотрим режим работы рабочего цикла на примере работы одного цилиндра. Один рабочий цикл двигателя состоит из 4 тактов, которые выполняются за два оборота коленчатого вала после чего рабочий цикл повторяется.
Четыре такта:
Один такт выполняется при ходе поршня из одного крайнего положения в другое, которые называются верхняя мертвая точка и нижняя мертвая точка
1-й такт впуск: поршень опускается вниз от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки, объем цилиндра увеличивается, вследствие чего создается разряжение. Параллельно этому с помощью распределительного вала ГРМ открываются впускные клапаны в цилиндр засасывается горючая смесь, состоящая из бензина и воздуха. В современных автомобилях бензин подается с помощью форсунки (инжектор). В старых автомобилях с помощью карбюратора. Когда поршень опускается до нижней мертвой точки, впускные клапаны закрываются на этом такт впуска заканчивается.
2-й такт сжатие: в такте сжатия поршень двигается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точки. Все клапаны закрыты, объем цилиндра уменьшается, сжимая горючую смесь. При сжатии температура горючей смеси повышается. В конце такта сжатия при подходе поршня к верхней мертвой точки давление может достигать 15 бар, а температура горючей смеси 400 градусов по цельсию, что позволяет более эффективно сжечь горючую смесь. Также при подходе к верхней мертвой точки на опережение срабатывает свеча зажигания между электродами, которых срабатывает электрическая искра. В результате горючая смесь воспламеняется и начинает сгорать. При достижения верхней мертвой точки такт сжатия заканчивается.
3-й такт расширение (рабочий ход): В такте расширения приходится пик сгорание горючей смеси. В процессе сгорания выделяется большое количество тепла из-за чего температура газов продуктов сгорания может достигать 2500 градусов, а давление в цилиндре 50 бар. Под давлением расширяющихся газов поршень движется от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки и через шатун раскручивает коленчатый вал, чем совершает преобразование тепловой энергии в механическую работу. При достижении нижней мертвой точки такт расширения завершается.
4-й такт выпуск: В такте выпуска поршень движется от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки. Распределительный вал ГРМ открывает выпускные клапаны и поршень выдавливает из цилиндра отработавшие газы. Полностью удалить отработавшие газы из цилиндра практически невозможно, а значит в последующем впуске свежая горючая смесь будет смешиваться с отработавшими газами и называться рабочей смесью. При подходе поршня к верхней мертвой точки выпускные клапаны закрываются на этом заканчивается такт выпуска.
Данный рабочий цикл называется циклом Отто.
Подводить топливо и воздух к двигателю, а затем отводить отработавшие газы будет система питания двигателя. Система питания современного двигателя делится на 3 подсистемы:
- впускная система
- топливная система
- выпускная система
Также для штатной работы двигателя необходима система смазки и система охлаждения двигателя. Правильная работа данных систем является главным условием долгой работы двигателя.
Обороты двигателя на холостом ходу составляют примерно 700 об/мин, верхний предел оборотов 8000 об/мин, а гоночные болиды формулы 1 имеют верхний предел 22000 об/мин. Обороты двигателя мы можем увидеть на приборе называемом тахометр, находящимся на приборной панели, но на некоторых автомобилях тахометр может отсутствовать.
Работа двигателя начинается с раскрутки маховика стартером, который является главным устройством системы пуска двигателя, после того как двигатель запустился, КШМ (кривошипно-шатунный механизм) запасает энергию с такта расширения и использует ее до следующего такта расширения.
В разных цилиндрах двигателя одноименные такты проходят с чередованием и с определенной последовательностью это необходимо для более стабильной работы двигателя и называется порядком работы цилиндров двигателя
Бензиновые двигатели являются двигатели с принудительным зажиганием. Так как горючую смесь воспламеняет система зажигания и непосредственно свеча зажигания. Главная задача системы своевременный поджог системы горючей смеси.
Опережение зажигания воспламенение горючей смеси свечой зажигания до достижения верхней мертвой точки. Момент зажигания играет важную роль в правильной и эффективной работе двигателя. От момента появления искры до момента полного воспламенения рабочей смеси и достижения максимального давления газов, проходит некоторое время, поршень за это время успевает пройти некоторый путь, и для получения максимального КПД двигателя, в момент максимального давления газов поршень должен находиться 10-12 градусов от верхней мертвой точки. В момент срабатывания свечи зажигания называется угол опережения зажигания. Оптимальный угол опережения зажигания зависит от скорости вращения коленчатого вала и горения рабочей смеси. Чем выше количество оборотов коленчатого вала, либо медленнее горение смеси, тем раньше угол угол опережения зажигания. В случае, если обороты коленчатого вала малы либо рабочая смесь горит быстро, то угол опережения зажигания будет меньше в районе 4 градусов.
В современном двигателе управлять углом, впрыском и многими другими задачами будет электронная система управления двигателем во главе которой электронный блок управления (ЭБУ), а помогать ему будет датчики , а от водителя требуется только управлять подачей воздуха, которая осуществляется через педаль акселератора (педали газа), также для увеличения КПД могут с опережением работать впускные и выпускные клапаны и запозданием.
Моменты открытия клапанов называются фазы газораспределения. Оптимальные фазы задаются при проектировки ГРМ и не меняются в течении всего срока службы двигателя
Горючая смесь
Для приготовления горючей смеси на бензиновом двигателе используется бензин и воздух соотношение 1 к 14,7
#ГРМ #КШМ #автомобили #тактыдвигателя #ДВС #БЕНЗИН
Спасибо за прочтение, надеюсь моя статья была вам полезна!
