Устройство и работа двигателя внутреннего сгорания: из чего состоит ДВС и как он работает

Техника, которая нас окружает – от легковых автомобилей до карьерных самосвалов, – приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, преобразующим химическую энергию горючего в механическое вращение. Речь о двигателе внутреннего сгорания, конструкции, прошедшей путь от лабораторного прототипа до массового силового агрегата.

В этой статье кратко разберем, что такое ДВС, из чего он состоит, по какому принципу действует и чем различаются его основные типы.

Что такое ДВС и для чего он нужен

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой тепловой двигатель, внутри которого рабочая смесь воспламеняется непосредственно в замкнутом объеме цилиндра. Выделяющиеся при горении газы расширяются и толкают поршень, а тот через кривошипно-шатунный механизм передает усилие на коленчатый вал. Именно вращение коленвала в конечном счете приводит в действие колеса, гусеницы или рабочие органы спецтехники через трансмиссию.

Говоря простыми словами, ДВС – это двигатель, в котором топливо сгорает внутри цилиндра и приводит в движение поршень.

ДВС предназначен для преобразования энергии сжигаемого топлива в полезную механическую работу. Он используется в легковом и грузовом транспорте, строительных машинах, генераторных установках и судовых силовых агрегатах. Благодаря высокой удельной мощности и простой компоновке такой двигатель остается основным источником тяги для подавляющего большинства видов наземной техники. Иными словами, без этого агрегата невозможно представить ни дорожное строительство, ни грузоперевозки, ни работу карьеров.

На чем работает двигатель

Главное условие работы ДВС – горючее, способное быстро окисляться с выделением большого количества тепла. На практике используются следующие виды топлива:

• бензин – наиболее распространенное горючее для легковых автомобилей;
• дизельное топливо – служит основным топливом для грузовой и специальной техники;
• газ (пропан-бутан, метан) – является альтернативой жидкому горючему в коммунальном транспорте;
• керосин и авиационные фракции – применяются в отдельных промышленных установках.

Выбор горючего определяет конструкцию смесиобразовательной системы и тип зажигания. ДВС на бензине воспламеняет смесь искрой, тогда как дизельный двигатель использует самовоспламенение от сжатия.

Современные моторы могут работать и на альтернативных составах, однако их использование возможно только после доработки штатной топливной аппаратуры.

Из чего состоит двигатель внутреннего сгорания

К ДВС относятся блок цилиндров, поршневая группа, коленчатый вал, а также системы питания, зажигания, смазки, охлаждения и выпуска.

Устройство двигателя внутреннего сгорания можно разделить на неподвижные и подвижные элементы. К неподвижным относится блок цилиндров – массивная отливка из чугуна или алюминиевого сплава, в которую входят каналы охлаждения и масляные магистрали. Основные элементы ДВС изготавливаются из чугуна и алюминиевых сплавов, так как эти материалы обеспечивают прочность и устойчивость к высоким температурам. 

Сверху блок закрывает головка с клапанным механизмом, снизу – масляный поддон. Передача энергии от газов к валу происходит именно внутри этой жесткой конструкции, поэтому от качества блока зависит ресурс всего ДВС.

Блок цилиндров – самая нагруженная деталь ДВС. Блок цилиндров испытывает наибольшие нагрузки, поэтому его состояние напрямую влияет на ресурс двигателя.

Подвижную группу образуют поршни, шатуны и коленчатый вал. Поршень совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра, принимая на себя давление рабочих газов. Шатун связывает поршень с шейкой коленвала и преобразует линейное перемещение во вращение.

Поршневые кольца обеспечивают герметичность рабочей камеры и снимают избыточное масло со стенок цилиндра. Маховик, закрепленный на хвостовике вала, накапливает инерцию и сглаживает неравномерность крутящего момента.

Основные системы ДВС

Помимо кривошипно-шатунного механизма, двигатель является сложным комплексом вспомогательных контуров. Каждая система отвечает за отдельную функцию: подачу горючего, отвод тепла, смазку или удаление отработавших газов.

В систему ДВС входят следующие основные контуры:

1. Система питания
   Подготавливает и дозирует топливо-воздушную смесь. В бензиновых моторах за это отвечает инжектор, в дизельных – топливный насос высокого давления и форсунки.
2. Система зажигания
   Формирует искру в строго определенный момент цикла.
3. Система смазки
   Масляный насос подает смазку к парам трения: коренным и шатунным подшипникам, стенкам цилиндров, кулачкам распредвала.
4. Система охлаждения
   Жидкостный или воздушный контур отводит тепло от стенок рабочей камеры, предотвращая перегрев деталей.
5. Система выпуска
   Обеспечивает отвод и очистку отработавших газов через выпускной коллектор и каталитический нейтрализатор.

Исправность каждого контура напрямую влияет на ресурс и экономичность мотора. Своевременная замена фильтров, свечей и ремней – обязательное условие длительной безотказной эксплуатации.

Как работает двигатель: четырехтактный цикл

Подавляющее большинство современных моторов работает по четырехтактной схеме, которая называется циклом Отто (для бензиновых) или циклом Дизеля.

Внутри двигателя происходит последовательное сгорание топлива, расширение газов и преобразование их энергии в движение поршня.

В обоих случаях ДВС за два полных оборота коленвала совершает четыре последовательных такта – каждый из них необходим для завершения рабочего процесса:

1. Поршень движется вниз, впускной клапан открыт – цилиндр заполняется свежей смесью (или воздухом в дизеле).
2. Поршень идет вверх при закрытых клапанах и сжимает заряд, повышая его температуру и давление.
3. Происходит воспламенение; расширяющиеся газы толкают поршень вниз, совершая полезную работу – именно этот такт является рабочим.
4. Выпускной клапан открывается, и поршневая группа вытесняет продукты сгорания из цилиндра.

После четвертого такта процесс повторяется. Чем больше цилиндров у ДВС, тем равномернее вращается коленвал: в шестицилиндровом двигателе рабочий такт происходит при каждом повороте вала на 120°, что делает ход плавным и снижает вибрации.

Чем отличаются двигатели внутреннего сгорания

Конструкций ДВС множество, и они отличаются друг от друга сразу по нескольким параметрам. Понимание этих различий помогает правильно подобрать силовой агрегат или запасные части.

Основные классификационные признаки двигателей внутреннего сгорания:

• по виду горючего – бензиновые, дизельные, газовые;
• по числу тактов – двухтактные и четырехтактные;
• по расположению цилиндров – рядные, V-образные, оппозитные;
• по способу наддува – атмосферные и с турбокомпрессором;
• по типу охлаждения – жидкостные и воздушные.

Для спецтехники чаще всего применяются дизельные рядные и V-образные агрегаты с жидкостным охлаждением: они являются оптимальными по тяговым характеристикам и ресурсу. При подборе замены ДВС или поршневой группы важно учитывать не только мощность, но и совместимость крепежных точек, рабочий объем и тип смесиобразования.

ДВС – технически зрелая конструкция с понятным устройством и отлаженным принципом действия. Знание его рабочего цикла, основных узлов и систем позволяет грамотно обслуживать технику, оперативно диагностировать неисправности и точно подбирать запчасти.

Компания «Беско Трейд» поставляет оригинальные и аналоговые комплектующие для ДВС спецтехники – от поршневых колец и гильз цилиндров до комплектов замены систем охлаждения и смазки. Если вам нужна консультация по подбору деталей, оставьте заявку через каталог на сайте или свяжитесь с менеджерами по телефону.