Чтобы эффективно управлять транспортным средством, чувствовать его, по издаваемым звукам и легкости движения улавливать неисправности, водителю необходимо понимать, как работают основные механические узлы автомобиля. Поэтому в данной статье мы расскажем о том, как устроен источник энергии автомобиля – его двигатель, какие функции он выполняет, из каких деталей состоит и на какие виды можно разделить все двигатели.
Вы заинтересованы в покупке деталей для двигателя своего автомобиля в Украине? Тогда эта статья для вас.
ДВС – двигатель внутреннего сгорания – это устройство, которое преобразовывает тепловую энергию в механическую, используя при этом зависимость объема рабочего материала от его температуры. Механическая энергия, которая появляется в результате работы двигателя, заставляет колеса вращаться, в результате – автомобиль приводится в движение.
Газовый двигатель
Изобретению газового двигателя предшествовал ряд событий. И первое такое событие – открытие светильного газа французским инженером Филиппом Лебоном в 1799 году. Спустя два года Лебон пришел к выводу, что светильный газ можно использовать не только в газовых лампах, но и в двигателе. И в 1801 году француз получил патент на изобретение конструкции газового двигателя. Принцип работы этого двигателя основывался на том, что при смеси газа с воздухом происходило воспламенение и выделение большого количества тепловой энергии. В конструкции газового двигателя Лебона были предусмотрены такие рабочие узлы, как: два компрессора, газогенератор, рабочий цилиндр и камера смешения. Вероятно, Лебон мог бы сделать еще какие-то открытия, однако он был убит на Елисейских полях в 1804 году.
Следующая удачная попытка сконструировать газовый двигатель внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому инженеру Жану Этьену Ленуару. Он предположил, что воспламенять рабочую смесь в двигателе можно, используя электрическую искру. В 1860 году Ленуар реализовал эту идею и изобрел газовый двигатель внутреннего сгорания. А через несколько лет инженер усовершенствовал свое изобретение, добавив в конструкцию систему водяного охлаждения и систему смазки деталей. Ленуар обогатился на своем изобретении и перестал работать над дальнейшими разработками, поэтому его двигатель на рынке вскоре вытеснило изобретение другого инженера.
Немец Николаус Отто в 1864 году получил патент на изобретение своей конструкции газового двигателя. Он отказался от использования электрического зажигания и осуществлял зажигание при помощи подачи открытого пламени. Его двигатель был в пять раз экономнее двигателя Ленуара, поэтому он смог сразу завоевать рынок автомобильной промышленности. Но Отто не останавливался на достигнутом. В 1877 году он изобрел газовый двигатель внутреннего сгорания с четырехтактным циклом.
Однако вскоре оказалось, что за несколько лет до изобретения Отто, четырёхтактный двигатель изобрел французский инженер Альфонс Бо де Рош. Он оспорил патент Отто, и суд значительно сократил права немца. Тем не менее, его двигатель продолжал пользоваться спросом среди компаний, занимавшихся производством автомобилей. И к 1897 году компания Отто «N. A. Otto & Cie» (в последствии «Deutz-AG») выпустила около 42 тыс. двигателей.
Газовые двигатели до сих пор работают по тепловому циклу Отто. В качестве топлива они используют сжатый природный газ (метан) или сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан).
Бензиновый двигатель
Параллельно европейские и американские изобретатели искали новое, более совершенное горючее для двигателя внутреннего сгорания. В 1872 году американских механик Джордж Брайтон запатентовал двухтактный двигатель внутреннего сгорания, который работал на керосине, и назвал его «Ready Motor». Конструкция двигателя Брайтона имела два цилиндра, один из которых был рабочим, а другой выполнял функцию компрессора. Но у керосина был недостаток – он плохо испарялся. Поэтому Брайтон начал экспериментировать с более легким нефтепродуктом – бензином.
Чтобы двигатель эффективно работал на бензине, необходимо было создать специальный узел, в котором бензин бы испарялся и превращался в горючую смесь. Изобретением рабочего бензинового двигателя внутреннего сгорания заинтересовался немецкий инженер Готлиб Даймлер, который работал в компании Николауса Отто. Однако Отто отреагировал на идеи Даймлера холодно, поэтому тот вместе с еще одним инженером – Вильгельмом Майбахом ушел из компании Отто в 1880 году.
В 1882 году Даймлер и Майбах основали собственную компанию, оборудовали лабораторию и начали разработки. Через год инженеры создали свой первый двигатель, который работал на нефти.
Тогда же, в 1883 году венгерский изобретатель Донат Банки создает карбюратор. Нововведение Банки заключалось в том, что бензин не испаряется, а мелко распыляется в воздухе, что позволяет ему равномерно распределяться по рабочему цилиндру и испаряться под действием тепла сжатия.
Первые бензиновые двигатели были одноцилиндровыми. Тогда, чтобы увеличивать мощность двигателя, инженеры увеличивали объем самого цилиндра. В конце ХІХ ст. конструкторы пришли к тому, что можно увеличивать мощность двигателя за счет увеличения количества цилиндров. Так появились двухцилиндровые, а затем и четырехцилиндровые двигатели. Чтобы обеспечивать равномерную оборачиваемость коленчатого вала, цикл следующего цилиндра был сдвинут на один ход поршня по сравнению с предыдущим. Подобная конструкция применяется и сегодня.
Дизельный двигатель
В 1880-е годы один немецкий студент загорелся идеей создать эффективный двигатель внутреннего сгорания, топливо в котором будет самовоспламеняться. В 1892 году этот студент получил патент на изобретение «нового рационального теплового двигателя», а через год – патент на «рабочий процесс и способ конструирования двигателя внутреннего сгорания для машин». Этого студента звали Рудольф Дизель.
В 1897 году Дизель продемонстрировал первый рабочий дизельный двигатель. Инженер увеличил КПД двигателя за счет того, что начал сжимать не горючую смесь, а воздух. Когда воздух в цилиндре максимально сжат – в него под сильным давлением впрыскивается топливо. Из-за такой концентрации топливо воспламеняется само по себе.
Итак, дизельный двигатель был более эффективен по сравнению с бензиновым, работал на более дешевом рабочем материале и не нуждался в системе зажигания, ведь вместо карбюратора работал топливный насос. Из-за этого изобретение Дизеля моментально привлекло к себе внимание, а к самому инженеру поступило множество коммерческих предложений от разных автомобильных компаний. Уже к 1898 году Дизель становится миллионером.
Дальнейшей разработкой дизельного двигателя занимался инженер автомобильного концерна Benz&Cie Проспер Леранж, механики компании Daimler-Motoren-Gesellschaft, специалисты MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nurnberg) и другие изобретатели.
Из каких деталей состоит двигатель?
ДВС – это сложный механизм, который состоит из множества узлов и деталей, наличие и конструкция которых зависит от типа самого двигателя. Однако вне зависимости от этого, у каждого есть основные элементы, а именно:
В основе работы двигателя лежит принцип преобразования тепловой энергии, которая выделяется при сгорании топлива, в механическую, которая заставляет коленчатый вал вращаться и через систему механических узлов передает крутящий момент на колеса. Дело в том, что топливо в двигателе помещено в закрытое пространство. И если его в этом закрытом пространстве поджечь, выделяется огромное количество тепловой энергии, а если сделать поджигания регулярными, можно создать цикл маленьких взрывов, которые будут служить источником возникновения механической энергии и движения.
Главная функция двигателя – быть источником энергии автомобиля и приводить его в движение.
Рабочий цикл двигателя состоит из четырех тактов:
Такт – это часть рабочего цикла двигателя, отвечающая за один процесс, который происходит за ход поршня. А ход поршня – это расстояние, которое проходит поршень от верхнего до нижнего положения внутри цилиндра.
На такте впуска поршень расположен на верхней точке. Затем водитель давит на педаль газа, в результате открывается впускной клапан, и поршень начинает опускаться. Когда поршень опускается, цилиндр наполняется воздухом и топливом.
На такте сжатия поршень движется от нижней точки к верхней, сжимая при этом воздушно-топливную смесь до размера камеры сгорания. Клапаны в этот момент закрыты.
На третьем такте подключается система зажигания. Воздушно-топливная смесь взрывается и происходит возгорание. Под давлением поршень перемещается вниз и через шатун заставляет коленчатый вал вращаться.
На четвертом такте, когда поршень находится в нижней точке, открывается выпускной клапан, через который отработанные продукты горения поступают в каналы и выходят из системы, а сам поршень начинает подниматься. Так заканчивается один рабочий цикл двигателя, и начинается следующий.
Непрерывное движение гарантирует наличие нескольких цилиндров, которые вступают в такты последовательно. То есть, когда первый цилиндр переходит на второй такт, второй цилиндр начинает свою работу с первого такта.
В данной статье мы детально рассмотрели устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания, узнали, из каких деталей он состоит и какие процессы сопровождают его рабочий цикл. Если вам нужны такие детали двигателя, как сальники, опоры, болты ГБЦ, вы можете выбрать их в каталоге Интернет-магазина Автококс Плюс. У нас вы всегда найдёте широкий ассортимент запасных частей для двигателя и сможете их купить.
А если вам нужна консультация, свяжитесь с нашими менеджерами по телефону (066) 116-33-11 или заполните форму на сайте, и они перезвонят вам в удобное для вас время.