Как работает двигатель внутреннего сгорания

Вы когда-нибудь открывали капот вашего автомобиля? Для непосвященного человека двигатель выглядит как нагромождение металла, труб и проводов.

В этой статье мы обсудим основную идею двигателя, а затем рассмотрим подробнее, как все его части работают вместе и что в нем может пойти не так.

Цель бензинового автомобильного двигателя заключается в преобразовании бензина в движение, чтобы ваш автомобиль смог двигаться. В настоящее время самый простой способ создания движения из бензина это сжигать бензин внутри двигателя. Таким образом, такой автомобильный двигатель называется двигатель внутреннего сгорания – в нем сгорание происходит внутри.

Обратим внимание на два аспекта:

1. Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания. Дизельные двигатели — это одна из их форм, а газотурбинные двигатели — это другая. Существуют также HEMI двигатели, роторные двигатели, четырехтактные и двухтактные двигатели. Каждый тип имеет свои достоинства и недостатки.

2. Так же существуют двигатели внешнего  сгорания. Паровой двигатель в старинных поездах и пароходах, — это лучший пример двигатель внешнего сгорания. Топливо (уголь, древесина, нефть, все, что угодно), паровой двигатель сжигает за пределами двигателя для создания пара, а пар создает движение внутри двигателя. Двигатель внутреннего сгорания является гораздо более эффективным (потребляет меньше топлива на километр пробега), чем внешнего сгорания, плюс двигатель внутреннего сгорания значительно меньше, чем эквивалентный по мощности двигатель внешнего сгорания. Это объясняет, почему мы не видим никаких современных автомобилей, передвигающихся с помощью паровых двигателей.

Давайте рассмотрим процесс внутреннего сгорания более подробно.

 

Внутреннее сгорание

Принцип, лежащий в основе любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: Если вы поместите небольшое количество высокоэнергетического топлива (например, бензин) в маленьком, замкнутом пространстве и воспламените его, невероятное количество энергии выделится в виде расширяющегося газа. Вы можете использовать эту энергию, чтобы продвинуть поршень вперед внутри цилиндра. В этом случае энергия взрыва бензина преобразуется в движение поршня. Вы также можете создать цикл, который позволит вам осуществлять такие взрывы сотни раз в минуту. И если вы сможете использовать эту энергию полезным образом, то у вас получится ядро двигателя автомобиля!

Почти все автомобили в настоящее время используют четырехтактный цикл сгорания для преобразования бензина в движение. Четырехтактный цикл также известен как Цикл Отто, в честь Николауса Отто.

1. Такт впуска

2. Такт сжатия

3. Такт рабочего хода

4. Такт выхлопа

Одним из основных устройств такого двигателя является поршень.  Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Когда  коленчатый вал вращается, он выполняет очередной такт работы двигателя. Вот что происходит, когда двигатель проходит свой цикл:

1. Поршень находится вверху, впускной клапан открывается, и поршень движется вниз, давая двигателю принять в цилиндр смесь из воздуха и бензина. Это такт впуска. Только мельчайшие капли бензина должны быть в смеси с воздухом. Иначе поджечь эту смесь не удастся или горение будет неэффективным.

2. Затем поршень перемещается обратно вверх, чтобы сжать смесь топлива и воздуха. Сжатие смеси позволит сделать более мощный взрыв.

3. Когда поршень достигает вершины своего хода, свеча зажигания дает искру, чтобы зажечь смесь. Смесь в цилиндре взрывается, двигая поршень вниз.

4. После того, как поршень достигнет нижней части цилиндра, открывается выпускной клапан и поршень снова поднимается вверх, очищая цилиндр от выхлопных газов, которые затем выходят из выхлопной трубы.

И теперь двигатель снова готов для следующего цикла потребления заряда из воздуха и бензина.

Обратите внимание, что двигатель внутреннего сгорания создает движение вращательное, в то время как движение, произведенное поршнем — линейное. В двигателе линейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Вращательное движение двигателя — это как раз то, что нам и нужно, потому что мы планируем с его помощью вращать колеса автомобиля.