Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это сложное устройство, но его принцип работы можно легко понять. В его сердце - цилиндр, где происходит сгорание смеси из топлива и воздуха. Это сгорание происходит очень быстро и мощно, образуя много газов.
Чтобы понять как работает ДВС, необходимо знать его основные элементы
Как именно ДВС использует энергию топлива?
Он его сжигает — за это ДВС и не любят экологи. Сжигание топлива образует газы которые начинают давить на поршень, который находится в цилиндре. Под давлением газов поршень начинает движение вниз. Таким образом, сгорание смеси в цилиндре преобразуется в механическое движение поршня.
А чтобы этот процесс продолжался непрерывно, устройство двигателя подразумевает последовательное выполнение четырёх так называемых «тактов», которые образуют один цикл:
- наполнение цилиндра смесью (впуск);
- сжатие смеси;
- рабочий ход (сгорание);
- выпуск расширившихся газов.
Устройство двигателя обычно подразумевает не один цилиндр — в автомобиле их чаще всего четыре, шесть или восемь, расположенных в ряд, V-образно или напротив друг друга.
Такты цикла проходят последовательно в каждом цилиндре — таким образом, у 4-цилиндрового мотора один из поршней всегда совершает рабочий ход, а остальные в это время занимаются другими делами.
Но ведь поршень ходит вверх-вниз — как при этом ДВС вращает колёса?
Для перевода возвратно-поступательного движения поршней (вверх-вниз) во вращение внутри мотора есть коленвал.
Поршни через рычаги (их называют шатунами) давят на шейки (секции) коленчатого вала, смещённые относительно его оси — так же, как человек давит на педали велосипеда, заставляя вращаться звёздочку-шестерёнку, которая затем приводит в движение цепь, соединённую с ведущим колесом.
Чтобы вращение коленвала было равномерным, к нему прикручен массивный диск (маховик). А в некоторых двигателях вместе с коленвалом крутятся и специальные балансирные валы, снижающие вибрации, которые неизбежно случаются из-за взрывов топлива внутри мотора. Вот такая конструкция.
Как топливо попадает в цилиндр ДВС?
Для этого у каждого цилиндра есть специальные устройства — клапаны. Их как минимум два — впускной и выпускной. Первый открывается на такте впуска — в этот момент поршень движется вниз и помогает засасывать топливную смесь внутрь цилиндра. Выпускной клапан делает это на последнем такте, когда поршень после рабочего хода начинает подниматься вверх и выталкивает через открывшееся отверстие отработанные газы, освобождая место для новой порции топлива.
У большинства современных моторов принцип действия такой же, но клапанов не два, а четыре (у некоторых и пять) — это сделано для того, чтобы за один такт наполнять цилиндр большим количеством смеси, а также быстрее и эффективнее избавляться от отработанных газов.
Как клапана понимают в какой момент им открываться?
За синхронизацию работы клапанов с поршнями в устройстве двигателя отвечает распределительный вал (или несколько валов).
На распредвалах есть специальные утолщения (кулачки), при вращении вала они давят на клапаны, и те открываются. Как только распредвал перестаёт давить на клапан, тот под действием пружины возвращается в закрытое состояние.
Вращение распредвала передается от коленвала с помощью ремня газораспределительного механизма. Вы наверняка знаете его как - Ремень ГРМ.
Вот что такое ДВС — в общих чертах. Конечно, сегодня в автомобиле агрегаты намного сложнее по конструкции. Их оснащают турбонаддувом, повышают их эффективность за счёт оптимизации процесса сгорания топлива, лишают распредвалов, клапанов и дроссельных заслонок... Но после прочтения данной статьи вы уже наверняка правильно перечислите основные детали ДВС, если кто-то об этом Вас спросит.