Устройство на двигателя

В момента двигателят с вътрешно горене е основният тип автомобилен двигател. Двигателят с вътрешно горене (кратко наименование – ICE) е топлинен двигател, който преобразува химическата енергия на горивото в механична работа.

Различават се следните основни видове двигатели с вътрешно горене: бутални, роторно-бутални и газови турбини. От представените типове двигатели, най-разпространен е бутален двигател с вътрешно горене, така че устройството и принципът на работа са разгледани на неговия пример.

Предимствата на буталния двигател с вътрешно горене, който осигурява широката му употреба, са: автономия, гъвкавост (комбинация с различни консуматори), ниска цена, компактност, ниско тегло, способност за бързо стартиране и мулти-гориво.

Въпреки това, двигателите с вътрешно горене имат редица съществени недостатъци , които включват: високо ниво на шум, висока скорост на въртене на коляновия вал, токсичност на отработените газове, нисък ресурс, ниска ефективност.

В зависимост от вида на използваното гориво се отличават бензиновите и дизеловите двигатели . Алтернативни горива, използвани в двигателите с вътрешно горене, са природен газ, алкохолни горива – метанол и етанол, водород.

От гледна точка на екологията, водородният двигател е обещаващ не създава вредни емисии. Заедно с ICE, водородът се използва за създаване на електрическа енергия в автомобилните горивни клетки.

Устройство с двигател с вътрешно горене
Двигателят с вътрешно горене с бутало включва корпус, два механизма (коляно и газоразпределение) и редица системи (система за всмукване, гориво, запалване, смазване, охлаждане, изпускане и контрол).

Блокът на двигателя комбинира цилиндровия блок и цилиндровата глава. Механизмът на коляновия механизъм преобразува възвратно-постъпателното движение на буталото в въртящото движение на коляновия вал. Газоразпределителният механизъм осигурява своевременна доставка на въздух или гориво-въздушна смес към цилиндрите и изпускането на отработени газове.

Всмукателната система е предназначена за подаване на въздух към двигателя. Горивната система захранва двигателя с гориво. Съвместната работа на тези системи осигурява образуването на гориво-въздушната смес. Основата на горивната система е системата за впръскване .

Запалителната система осигурява принудително запалване на горивната смес в бензиновите двигатели. Дизеловите двигатели се самозапалват.

Системата за смазване изпълнява функцията за намаляване на триенето между частите на двигателя. Охлаждането на частите на двигателя, нагрявани в резултат на работа, се осигурява от охладителна система . Важните функции на отработените газове от цилиндрите на двигателя, намаляващи техния шум и токсичност, са предписани от изпускателната система .

Системата за управление на двигателя осигурява електронно управление на работата на двигателната система с вътрешно горене.

Работата на двигателя с вътрешно горене
Принципът на работа на двигателя с вътрешно горене се основава на ефекта на топлинното разширение на газовете, произтичащи от изгарянето на гориво-въздушната смес и осигурява движението на буталото в цилиндъра.

Буталният двигател се извършва циклично. Всеки работен цикъл се случва в две обороти на коляновия вал и включва четири удара (четиритактов двигател): всмукване, компресия, ход и изпускане.

По време на ударите на всмукателния и хода на буталото, буталото се движи надолу, докато хода на компресия и изпускане се движат нагоре. Работните цикли във всеки от цилиндрите на двигателя не съвпадат по фаза, като по този начин се постига еднаквост на двигателя. В някои проекти на двигатели с вътрешно горене, работният цикъл се изпълнява в два цикъла – компресия и ход (двутактови двигатели).

По време на хода на всмукването всмукателните и горивните системи осигуряват образуването на гориво-въздушна смес. В зависимост от конструкцията, сместа се формира във всмукателния колектор (централно и разпределено впръскване на бензинови двигатели) или директно в горивната камера (директно впръскване на бензинови двигатели, впръскване на дизелови двигатели). Когато всмукателните клапани на газоразпределителния механизъм са отворени, въздухът или сместа гориво-въздух, дължаща се на вакуума, причинен от движението на буталото надолу, се подава в горивната камера.

По време на хода на компресия, смукателните клапани се затварят и сместа гориво / въздух се компресира в цилиндрите на двигателя.

Тактният работен ход е придружен от запалване на горивната смес (принудително или самозапалване). В резултат на запалване се образува голямо количество газове, които оказват натиск върху буталото и го принуждават да се движат надолу. Движението на буталото през коляновия механизъм се превръща в въртеливо движение на коляновия вал, което след това се използва за придвижване на автомобила.

При хода на отработените газове изпускателните клапани на газоразпределителния механизъм се отварят, а отработените газове се отстраняват от цилиндрите в изпускателната система, където се почистват, охлаждат и намаляват шума. След това газовете влизат в атмосферата.

Разглежданият принцип на работа на двигателя с вътрешно горене ни позволява да разберем защо двигателят с вътрешно горене има малка ефективност – около 40%. В определен момент във времето, като правило, за полезна работа се използва само един цилиндър, а в други – мерки: всмукване, сгъстяване, изпускане.