Двигатель — это сердце каждого автомобиля. Тем не менее перед тем как превратиться в сверхсовременное устройство, работающее на принципе внутреннего сгорания, ему пришлось претерпеть немало изменений.
История создания ДВС
Начать нужно с XVIII века. Именно тогда предпринимаются первые попытки создать двигатель, работающий благодаря внутреннему сгоранию. Стоит сказать, что в то время над процессом преобразования топливной энергии в механическую работало множество учёных.
Несмотря на видимый ажиотаж пальму первенства получили браться из Франции со звучной фамилией Ньепс. Именно они придумали пирэолофор. В качестве топлива использовалась обычная угольная пыль. Устройство имело крайне малый КПД. Мало того, оно скорее считается амбициозным проектом, нежели реально действующим прототипом.
Тем не менее первая действующая концепция двигателя на базе процесса внутреннего сгорания принадлежит именно вышеупомянутым братьям. Коммерческий же успех принадлежит совсем другому человеку. Бельгийцу Этьену Ленуар. Именно он в 1858 придумал и создал ДВС.
В двигателе, осуществляющем процесс внутреннего сгорания, в качестве топлива применялся угольный газ. Казалось, новая эпоха, давшая небывалый толчок автомобилестроению, началась, но не тут-то было. Учёный забыл учесть потребность деталей в смазке. Как результат устройство работало очень недолго. Нормальной системы охлаждения тоже не было.
К счастью, учёный не остановился на достигнутом. На доработку и усовершенствование двигателя, работающего за счёт внутреннего сгорания, понадобилось 15 лет. Но труд окупил себя. В 1863 году Ленуар презентует ДВС с недостающими ранее системами. В качестве топлива уже используется керосин.
Устройство не отличалось крайней совершенностью. Но на этом история создания двигателя, работающего за счёт внутреннего сгорания, не закончилась. Главная проблема крылась в слишком быстром перегреве. К тому же смазка и топливо использовались крайне неэффективно. Тем не менее уже тогда ДВС применялись на трёхколёсных авто.
Один год понадобился мировым учёным, чтобы Зигфрид Маркус создал свой вариант двигателя, работающего от внутреннего сгорания определённых веществ. В ДВС 1864 года впервые использовалась нефть.
Транспортное средство с двигателем Маркуса, работающим от внутреннего сгорания нефтепродуктов, могло развивать скорость до 10 миль в час. В то время это был настоящий прорыв.
Дальше было ещё немало учёных, пытающихся создать действительно эффективный двигатель, работающий благодаря внутреннему сгоранию. Но первое технически правильное и эффективное устройство было создано. Николасом Отто. Оно эффективно преобразовывало энергию топлива и имело весьма неплохой для своих параметров КПД,
После открытия Отто эволюция ДВС начала распространяться как снежный ком. В 83 Деламар создаёт чертёж двигателя внутреннего сгорания, работающего на газу. Вот только проект так и не смогли тогда воплотить в жизнь.
Спустя три года на весь мир гремит громкое имя Готтлиб Даймлер. Именно ему принадлежит авторство первого, работающего двигателя за счёт внутреннего сгорания газа. Цилиндры и карбюратор располагались в конструкции вертикально, что дало неплохой прирост производительности. Мало того, машины, оснащённые данными устройствами, смогли развивать приличную по тем временам скорость.
Ещё одно громкое имя того времени — Карл Бенц. Он первый создал предприятие, делающее автомобили. В 1903 предприятия Бенца и Даймлера объединяются. Новая эра в автомобилестроении начинается.
В этом же году своё легендарное предприятие основывает Генри Форд, чтобы спустя 5 лет выпустить первый серийный автомобиль и перевернуть мир. Заводы этого великого предпринимателя расползлись по миру моментально. Даже в Советском Союзе они были.
ДВС — устройство, принцип работы, характеристики
Устройство
Ключевым элементом двигателя, работающего за счёт внутреннего сгорания нефтепродуктов, является поршень. По внешнему виду он напоминает пустотелый стакан средних размеров.
Голова поршня смотрит вверх. Юбка или направляющая часть имеет неглубокие канавки. В этих отверстиях фиксируются поршневые кольца. Эти элементы обеспечивают герметичность всей системы. Именно в ней при работе моментально сгорает бензиново-воздушная смесь.
Кольца играют роль уплотнителей. Нижнее кольцо является маслосъемным, а верхнее — компрессионным. Именно последнее отвечает за то, чтобы смесь имела высокую степень сжатия.
Принцип работы
Топливная смесь попадает внутрь системы из карбюратора (в некоторых двигателях из инжектора). Сжатие происходит при движении поршнем вверх. За поджигание отвечает свеча.
При вырабатывании газа поршень уходит резко вверх. Как результат тепловая энергия переходит в электрическую. Движение поршня передаётся валу. Данный процесс становится возможным благодаря уникальной конструкции юбки поршня. В ней установлен палец с верхней частью в виде шатуна.
Шарнир фиксируется на кривошипе, последний является частью коленчатого вала. Коленвал вращается за счёт опорных подшипников. Они базируются в картере двигателя, работающего на принципе внутреннего сгорания.
Поршень воздействует на шатун, за счёт этого начинает двигаться коленвал. Энергия движения уходит по направлению к трансмиссии. Лишь пройдя этот перевалочный пункт, она через сложную систему шестерёнок приводит в движение колеса.
У поршня есть две мёртвые точки. Так называются два крайних положения, в которых на долю секунды задерживается элемент. Расстояние между двумя точками называется ходом.
Характеристики
Суммарный объём цилиндров двигателя, работающего за счёт внутреннего сгорания топлива, измеряется в литрах. Важным показателем является степень сжатия. У устройств, функционирующих за счёт карбюратора, данный показатель находится в диапазоне от 6 до 14 СС, для дизеля данный показатель порядка 16—30.
Объём и сила сжатия определяют мощь двигателя, который функционирует за счёт системы внутреннего сгорания топливной жидкости. Совокупность этих параметров также определяет экономичность устройства.
Одноцилиндровые двигатели работают неравномерно. Резко ускоряется ход поршня при взрывном сгорании. Как только, он приближается к НМТ — происходит его замедление. Диск-маховик позволяет частично погасить данную неравномерность. Как результат момент вращение стабилизируется.
Четыре такта
Работу двигателя можно поделить на четыре такта, если он функционирует за счёт внутреннего сгорания топливно-жидкостной смеси. Моторы бывают как двухтактными, так и четырёхтактными. Последние используются гораздо чаще, по крайней мере, на легковых авто.
Поршень четыре раза проходит по цилиндру. Начало такт берёт в верхней точке, а конец движения происходит в нижней. По времени каждый такт занимает равный промежуток. Когда поршень на первом такте двигается вниз, он всасывает внутрь цилиндра смесь.
На первом такте клапан впуска является открытым. В большинстве двигателей таких клапанов несколько. Мало того, их количество и размер влияют на мощность автомобиля. В некоторых моторах, когда водитель давит на газ, срок открытия выпускных клапанов продлевается.
Количество топлива, попадающего в систему, увеличивается. Мощность двигателя, работающего от внутреннего сгорания, в результате растёт. Как результат скорость, с которой движется машина, становится больше.
На втором такте работы двигателя с системой внутреннего сгорания происходит сжатие. Поршень достигает нижней точки, и начинает подниматься. При этом смесь, находящаяся в камере, сжимается. В процессе клапаны полностью закрыты.
Компрессия внутри камеры проверяется посредством специальных приборов. Кстати, этот показатель даёт возможность сделать вывод, насколько износ двигателя велик. При необходимости на основе полученных данных можно провести более подробную диагностику.
На третьем такте поршень начинает движение с верхней точки. Данный такт называется рабочим. Что и не удивительно. Ведь именно благодаря этому этапу начинается движение транспортного средства. Именно здесь подключается система зажигания, и смесь внутри воспламеняется.
Интересно, что при возгорании происходит микровзрыв. Из-за него топливо резко увеличивается в объёмах, и поршень с большой скоростью опускается вниз. Клапаны при этом всё время находятся в закрытом состоянии.
Четвёртый такт является последним. Он завершает проделанную двигателем, функционирующим по схеме внутреннего сгорания, работу. Когда цилиндр достигает нижней точки, клапан открывается и происходит выпуск.
После того, как четвёртый такт подходит к концу, всё возвращается на круги своя. Как результат, снова четыре этапа, и так до тех пор, пока двигатель внутреннего сгорания будет работать.
Не вся энергия, вырабатываемая за 4 такта, используется для того, чтобы сдвинуть транспортное средство с места. Дело в том, что она также нужна для того, чтобы раскрутить маховик. Кстати, именно он за счёт своей инерции вращает вал.
Виды двигателей
Как говорилось выше, автомобильная отрасль постоянно развивается. Неудивительно, что появляются всё новые и новые технологии, позволяющие с большей эффективностью превращать тепловую энергию в механическую. На данный момент можно выделить пять типов двигателей, функционирующих на базе системы внутреннего сгорания:
- дизельный,
- роторно-поршневой,
- газовый,
- газодизельный,
- бензиновый.
Каждый из вышеперечисленных видов является яркой иллюстрацией развития автомобильной индустрии. Возьмём, к примеру, дизельный и бензиновый двигатели, которые построены на основе системы внутреннего сгорания топлива.
В бензиновом варианте топливо проходит через специальную систему, чтобы через распределительные форсунки попасть в карбюратор. В некоторых схемах впрыск проводится прямо в выпускной коллектор.
На данный момент карбюраторная схема считается слегка устаревшей. Всё большую популярность набирает инжекторная конструкция, отвечающая за подачу топлива в двигателе с внутренним сгоранием.
Газовые двигатели с системами внутреннего сгорания стали неким ответом обществу на постоянно растущие требования к экономии. К тому же данная технология позволяет защитить окружающую среду от разнообразных выбросов.
Итоги
Двигатели с конструкцией, работающей за счёт внутреннего сгорания топлива, до сих пор самые популярные. Подобная тенденция легко объясняется почти что 150-летней эволюцией. Безусловно, современные электрические аналоги практически ничем от своих конкурентов не отличаются, но кто знает, возможно, очередной технический прорыв снова всё поменяет.
