Как устроен и работает четырех- и двухтактный ДВС

ДВС Двигатели

В настоящее время ДВС — самый энергоэффективный вид моторов. Двигатель внутреннего сгорания назван так потому, что воспламенение топлива происходит внутри его рабочей камеры. Принцип работы ДВС основан на том, что энергия, которая выделяется в результате взрыва топливной смеси в цилиндрах, преобразуется в механическую работу, и через коленвал и маховик передается на привод автомобиля.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Что такое ДВС в машине разобраться несложно: базовый принцип работы установки проходят еще в школе на уроках физики.

Схема двигателя внутреннего сгорания
Упрощенная схема двигателя внутреннего сгорания.

Общая черта всех ДВС — воспламенение топливной смеси внутри камеры сгорания, за счет которого получается импульс для дальнейшего движения и передачи энергии на вращательное движение коленчатого вала, а от него на колеса машины. В зависимости от конструкции силового агрегата, и вида используемого топлива, все моторы можно разделить на:

  • поршневые;
  • роторно-поршневые;
  • газотурбинные.

Двигатель

Из чего состоит двигатель:

  1. Блок цилиндров.

Блок цилиндров

  1. Головка блока цилиндров.

Головка блока цилиндров

  1. Кривошипно-шатунный механизм, который передает импульс.

Кривошипно-шатунный механизм

  1. Газораспределительный узел, отвечающий за подачу горючего и вывод отработанных газов.
Детали привода клапанов
Детали привода клапанов газораспределительного узла.

В настоящее время в автомобилестроении используются поршневые системы: они надежны, имеют высокий КПД, а их производство и обслуживание обходится дешевле.

Поршневые моторы

Многие автолюбители на вопрос, что такое ДВС в автомобиле, опишут именно поршневые установки, которые являются самой распространенной группой силовых агрегатов. В этих системах движение поршня, который находится внутри цилиндра, передает энергию на коленвал и маховик через кривошипно-шатунный механизм.

Поршневой ДВС
Поршневой двигатель внутреннего сгорания.

Чаще всего используется четное количество камер сгорания, позволяющее уравновесить работу мотора. Но можно встретить модели и с одним или тремя цилиндрами.

Ecoboost
Трехцилиндровый ДВС Ford Ecoboost.

По расположению цилиндров все поршневые моторы делятся на:

  • Рядные — все цилиндры расположены на одном коленвале и выстроены в ряд параллельно друг другу.
  • V-образные — также размешены на одном коленчатом вале, но расположены под углом (обычно от 45 до 90о).
  • VR-образные — аналогичны предыдущему типу, но имеют меньший угол развала (10–20о).
  • Оппозитные — два ряда цилиндров находятся на одном коленвале под углом 180о друг к другу.
  • W-образные — на коленчатом вале расположены 3 или 4 ряда цилиндров.
  • Встречные — каждый цилиндр имеет два поршня, которые движутся во встречном направлении.
  • U-образные — два коленвала с параллельными рядами цилиндров объединены в один блок.
  • Радиальные — цилиндро-поршневая группа установлена звездообразно вокруг коленвала.

Типы ДВС

Основная область применения ДВС с радиальной конструкцией — авиация.

Роторно-поршневые системы

Роторно-поршневые силовые агрегаты основаны на аналогичном принципе, но имеют овальную камеру сгорания. Внутри нее вращается трехгранный ротор, который выполняет функции как поршня, так и ГРМ. В настоящее время такие системы практически не используются в автомобилестроении по причине более сложного производства и обслуживания.

Роторный двигатель
Принцип работы роторного ДВС.

Роторно-поршневой мотор также называется двигателем Ванкеля.

Газотурбинные ДВС

Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания превращают импульс от детонации топлива в полезную работу за счет вращения рабочими газами ротора специальной формы клиновидными лопатками, двигающего вал турбины.

Газотурбинный двигатель
Газотурбинный движок Siemens.

Виды топлива

Агрегаты внутреннего сгорания могут использовать разные типы горючего:

  • Моторы, работающие на бензине, совершают работу за счет воспламенения воздушной смеси от электрического разряда свечи зажигания.
  • Дизельные двигатели отличаются тем, что не имеют системы зажигания. Дизельное топливо под давлением передается через форсунки непосредственно в движок и воспламеняется за счет того, что внутри рабочей камеры уже находится кислород, нагретый до температуры большей, чем требуется для воспламенения горючего.
  • Газовые установки экономичнее за счет более дешевого топлива, но требуют качественной системы охлаждения и особого масла из-за сильного нагрева.
  • Гибридные — сочетание дизельного и электрического движков.
  • Водородные системы применяются редко — до недавнего времени не существовало способа создать безопасную силовую установку. Первой машиной с водородным двигателем нового поколения стала Toyota Mirai.
Toyota Mirai
Устройство силовой установки Toyota Mirai.

Чаще всего используются бензиновые и дизельные моторы. Первые способны развивать большую мощность и скорость, а вторые экономичнее, имеют более плавный ход и надежную конструкцию.

Воспламенение в бензиновом и дизельном ДВС
Как работает ДВС на бензине и дизтопливе.

Благодаря отсутствию электросистемы зажигания, дизельные авто менее уязвимы к попаданию жидкости, поэтому их часто ставят на внедорожники и военный транспорт.

Как работает ДВС

Общий принцип работы двигателя внутреннего сгорания несложен: за счет поджога и воспламенения топливной смеси система приходит в движение и передает импульс на привод. Установки делятся на:

  • Двухтактные (полный цикл — два движения поршня) — их чаще всего используют на небольшой и маломощной технике: скутерах, мопедах, моторных лодках, бензоинструментах.
  • Четырехтактные (соответственно, четыре движения на цикл) применяются в автомобилестроении.
Устройство двигателя
Четырехтактный двигатель в разрезе.

Двухтактный двигатель

Конструкция двигателя, который проходит полный цикл за одно движения поршня, проще: процессы очистки и наполнения цилиндров происходят за два такта, а сама установка не оснащена отдельным масляным контуром.

Двухтактный ДВС
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе.

Схема работы двигателя, работающего на два такта:

  1. Поршень поднимается от нижней мертвой точки, по ходу движения закрывая в первую очередь продувочное отверстие, а после этого — выпускное. Затем под поршнем создается разряжение и сквозь впускное окно заходит топливо.
  2. Когда деталь располагается в верхней мертвой точке, сжатая смесь воспламеняется от разряда свечи, поршень взрывом отбрасывается вниз, по пути открывая продувочное и выпускное отверстие. Далее по инерции он идет наверх и цикл возобновляется.
Двухтактный ДВС
Анимация того, как устроен ДВС, работающий на два такта.

Четырехтактная установка

Как работает двигатель внутреннего сгорания, делающий полный цикл за четыре хода поршня:

  1. Поршень идет вниз, синхронно с ним открывается впускной клапан и в камеру внутреннего сгорания втягивается топливная смесь.
  2. Достигнув нижней мертвой точки, поршень по инерции поднимается, и топливо, которое находится внутри цилиндра сжимается. Впускной и выпускной клапан в этот момент закрыты.
  3. Горючее воспламеняется (температура может достигать 2000оС, и даже больше) и поршень опускается под воздействием взрывной волны (клапана также остаются закрытыми).
  4. Открывается выпускное отверстие и поршень, поднимаясь, выталкивает выхлопные газы, после чего цикл начинается снова.
Четырехтактный ДВС
Анимация работы четырехтактного ДВС в разрезе.

Третий такт называют рабочим, потому что только в нем поршень производит кинетическую энергию (остальные три такта он движется по инерции).

Вспомогательные системы

В устройство двигателя автомобиля входят дополнительные контуры, которые отвечают за подачу топлива, смазку и охлаждение агрегата, а также избавление от отработанных газов. От правильного функционирования этих узлов во многом зависит время работы мотора, поэтому разберем их подробнее.

Газораспределение

Газораспределительный механизм контролирует движение впускных и выпускных клапанов, узел состоит из:

  • распредвала;
  • самих клапанов;
  • привода клапанов;
  • привода ГРМ.

ГРМ

Зажигание

Зажигание необходимо только бензиновым силовым агрегатам — поскольку горючее внутри цилиндров в этих установках не может воспламеняться самостоятельно, требуется искра.

Система зажигания
Детали ДВС, которые отвечают за работу системы зажигания.

Схема работы и строение системы зажигания ДВС:

  • От аккумулятора (а когда мотор работает– от генератора) напряжение подается на катушку зажигания.
  • Накопитель энергии (катушка) преобразует ее в ток, достаточный, для появления разряда.
  • Трамблер распределяет ток по бронепроводам к каждому цилиндру. (В новых машинах это происходит под контролем электронного блока управления).

Зажигание

Топливоподача

Хотя принцип воспламенения смеси на бензиновых и дизельных движках различен, остальная схема топливного контура у них одинакова:

  1. Из бензобака горючее насосом подается в топливопровод.
  2. Далее через различные фильтры топливо поступает в узел смешения — карбюратор или инжектор, где обогащается воздухом.
  3. Состав поступает на свечи или форсунки, и оттуда уже идет в камеру цилиндра (на бензиновых ДВС топливо сначала подается во впускной коллектор).

Карбюраторная система

В бензиновых моторах с инжекторными системами подача топлива происходит через форсунку, которая распыляет его в выпускной патрубок, где горючее смешивается с кислородом.

На дизельных автомобилях горючее и кислород подаются отдельно. Топливо под высоким давлением выпрыскивается из форсунок, а воздух заходит через газораспределительный механизм.

Инжекторные бензиновые моторы с непосредственным впрыском функционируют аналогично дизелю.

Смазка

Система смазки позволяет уменьшать силу трения, защищать металл от разрушения, отводить лишнее тепло, и убирать продукты горения. Узел состоит из:

  • маслопровода;
  • фильтра;
  • радиатора, охлаждающего масло;
  • поддона картера;
  • масляного насоса, подающего смазку из поддона снова в оборот.

Система смазки

Охлаждение

Элементы силового агрегата нагреваются до экстремально высоких температур, поэтому их необходимо охлаждать, чтобы предупредить разрушение или деформацию деталей. На относительно простых устройствах (мотороллерах или мопедах) температура движка понижается за счет встречного потока воздуха, но для мощных автомобильных моторов этого недостаточно. В них устроен отдельный контур, по которому идет охлаждающая жидкость:

  • Радиатор состоит из множества трубочек, проходя по которым, жидкость охлаждается за счет теплоотдачи.
  • Вентилятор гонит поток воздуха на радиатор, усиливая теплообмен.
  • Водяной насос обеспечивает циркуляцию и постоянное поступление охлажденной жидкости к наиболее горячим местам.
  • Термостат отвечает за переключение потока между внешним и внутренним кругом.
Жидкостная система охлаждения ДВС
Жидкостная система охлаждения.

Сначала жидкость движется по внутреннему контуру. Термостат срабатывает, когда она нагреется до заданного порога (обычно это около 90о), после чего переключает поток на внешний круг (через радиатор).

Выпускная система

Выхлопная система позволяет выводить отработанные газы, которые выпустил мотор автомобиля из своих цилиндров, в окружающую среду. Общее устройство выпускного контура машин с ДВС:

  1. Выпускной коллектор принимает отходы от каждого цилиндра, гасит их первичные колебания и направляет в приемную трубу (так называемые «штаны»).
  2. Далее поток поступает в каталитический нейтрализатор, в котором происходит очищение газов.
  3. Из катализатора выхлоп переходит в резонатор, где снижается скорость потока, и разделяются газы.
  4. Предпоследняя ступень выпускной системы — глушитель, внутри которого расположены перегородки, меняющие направление выхлопа, за счет чего снижается скорость и шумность выброса.
  5. Из глушителя отработка поступает в выхлопную трубу, а оттуда — в атмосферу.
Выхлопная система
Выпускная система ДВС автомобиля.

Поделиться
Александр Петренко

Автолюбитель с многолетним стажем. Имею опыт работы в автосервисе, занимался автоподбором. Езжу на Toyota Rav4 (III)

Оцените автора
Добавить комментарий

  1. Николай

    Какой движок лучше 8 или 16-клапанный?

    Ответить
    1. Саша

      Для обычной езды по городу 8-клапанного вполне хватит, но если ты готов переплачивать за мощность, тогда бери 16

      Ответить