Як працює двигун внутрішнього згоряння, опис процесів

1. Але для початку трохи термінології
2. Ну а тепер безпосередньо про робочому циклі
3. Чому іскра подається не в ВМТ, а раніше?

Наши партнеры ArtmMisto

Цикл роботи двигуна замкнутий. Можлива організація роботи ДВС з кривошипно-шатунним механізмом по двох і чотиритактному циклу. Але переважна більшість автомобільних двигунів внутрішнього згоряння працює по чотиритактному циклу. Розглянемо, яким чином відбувається ця робота.

Але для початку трохи термінології

Колінчастий вал обертається. З'єднаний з ним поршень здійснює в циліндрі рух вгору - вниз. Крайні положення поршня в циліндрі називають мертвими точками. Це верхня мертва точка (скорочено ВМТ) і нижня мертва точка (НМТ).

Переміщення поршня від одного крайнього положення до іншого називається тактом. Отже у чотиритактного двигуна цикл роботи виконується за чотири руху поршня вгору-вниз, що відповідає двом оборотам колінчастого вала.

Якщо помножити площу торця (днища) поршня на відстань між ВМТ і НМТ отримаємо, так званий, робочий об'єм циліндра, що позначається Vh.

Якщо помножити робочий об'єм циліндра на кількість циліндрів в двигуні виходить той самий робочий об'єм двигуна. Ця цифра в літрах завжди фігурує серед технічних параметрів автомобіля. Багато автовиробників гордо виносять цю цифру на шильдик, розташовуючи його на задній частині автомобіля (часто цифру прибріхують).

Цифра вказує на робочий об'єм двигуна

Обсяг над поршнем, коли він завмер в ВМТ, називають обсягом камери згоряння (Vс). Саме в цьому обсязі починається горіння суміші парів палива і повітря. Сума обсягу камери згоряння і робочого об'єму циліндра називається повним об'ємом циліндра: Va = Vh + Vс.

Наступний важливий параметр двигуна, це геометрична ступінь стиснення. Позначається ε. Вона показує, у скільки разів змінюється обсяг над поршнем, коли він переміщається від НМТ до ВМТ, ε = Va / Vc. Чим більше ε, тим вище температура і тиск в суміші газів над поршнем при наближенні його до ВМТ. Підвищення ступеня стиснення робить двигун економічніше і збільшує його потужність.

Але величина ε залежить від палива, на яке розрахований двигун. Для двигуна, що працює на бензині ε = 6 - 10, для газових ε = 7 - 9, для дизельних ε = 15 - 20. Звідси видно, чому бензиновий двигун легко переобладнати для роботи на газі. У дизелів таке високе значення ε необхідно для того, щоб забезпечити самозаймання палива.

Ну а тепер безпосередньо про робочому циклі

Перший такт циклу носить назву «впуск». Поршень рухається від ВМТ до НМТ. Впускний клапан відкритий, і через нього в циліндр надходять пари бензину змішані з повітрям, так звана горюча суміш (У дизельного двигуна - чисте повітря).

Другий такт - стиск. Клапани закриті. Поршень рухається від НМТ до ВМТ, паливна суміш (горюча суміш і залишки продуктів горіння від попереднього циклу) стискається. Коли поршень наближається в ВМТ, у бензинових двигунів між контактами свічки запалювання проскакує електрична іскра для підпалювання суміші.

Чому іскра подається не в ВМТ, а раніше?

Справа в тому, що перед початком горіння повинні пройти реакції, що готують суміш до горіння. Інтенсивне горіння суміші має розпочатися тільки коли поршень досягне ВМТ. Час на підготовчі реакції завжди однакове, а швидкість переміщення поршня змінюється при зміні оборотів колінчастого вала. Тому доводиться змінювати момент подачі іскри, змінювати, так званий «кут випередження запалювання».

Змінюється кут випередження запалювання

У дизельних двигунів при наближенні поршня до ВМТ через спеціальну форсунку в надпоршневомупростір під високим тиском впорскується паливо. Поки поршень дійде до ВМТ, паливо повинне випаруватися, перемішатися з повітрям, приготуватися до горіння і почати горіти, коли поршень виявиться в ВМТ.

Час на підготовку також постійне, тому на високих оборотах паливо впорскується раніше. Змінюється так званий «кут випередження впорскування».

Третій такт - робочий хід. Клапани закриті. Суміш інтенсивно горить, її тиск, і температура різко підвищуються. Під дією тиску поршень рухається від ВМТ до НМТ і підштовхує колінчастий вал, підживлюючи його енергією.

Четвертий такт - випуск. Випускний клапан відкритий. Поршень рухається від НМТ до ВМТ і відпрацьовані гази видавлюються з циліндра.

Цикл закінчився і починається наступний. Слід зауважити, що підживлення енергією колінчастого вала відбувається тільки під час такту робочого ходу. Під час всіх інших тактів поршень переміщається (так звані насосні ходи) за рахунок енергії, накопиченої колінчастим валом від попередніх робочих циклів.

Як працює двигун внутрішнього згоряння - відео:

Тобто протягом двох оборотів колінчастого вала підживлення його енергією відбувається тільки півоберта. Це одна з причин невисокої коефіцієнта корисної дії чотиритактних двигунів.