Urządzenie i zasada działania silnika spalinowego. Jak działa i jak działa silnik spalinowy? Jak korzystać z silnika spalinowego?

Przed rozważeniem pytania, jak działa silnik samochodowy, konieczne jest przynajmniej ogólne zrozumienie jego struktury. W każdym samochodzie montowany jest silnik spalinowy, którego praca opiera się na zamianie energii cieplnej na energię mechaniczną. Przyjrzyjmy się głębiej temu mechanizmowi.

Jak działa silnik samochodu - badamy schemat urządzenia

Klasyczna konstrukcja silnika obejmuje cylinder i skrzynię korbową, zamknięte od dołu miską olejową. Wnętrze cylindra ma różne pierścienie, które poruszają się w określonej kolejności. Ma kształt szklanki z dnem w górnej części. Aby wreszcie zrozumieć, jak działa silnik samochodowy, musisz wiedzieć, że tłok jest połączony z wałem korbowym za pomocą sworznia tłokowego i korbowodu.

Do płynnego i miękkiego obrotu stosuje się łożyska główne i korbowodowe, które pełnią rolę łożysk. Wał korbowy zawiera policzki, a także czopy główne i korbowodów. Wszystkie te części połączone razem nazywane są mechanizmem korbowym, który przekształca ruch posuwisto-zwrotny tłoka w ruch obrotowy.

Górna część cylindra jest zamknięta głowicą, w której znajdują się zawory dolotowe i wydechowe. Otwierają się i zamykają zgodnie z ruchem tłoka i ruchem wału korbowego. Aby dokładnie wyobrazić sobie, jak działa silnik samochodowy, film w naszej bibliotece powinien zostać przestudiowany tak samo szczegółowo, jak artykuł. W międzyczasie postaramy się wyrazić słowami jego działanie.

Jak działa silnik samochodowy – krótko o skomplikowanych procesach

Tak więc granica ruchu tłoka ma dwie skrajne pozycje - górne i dolne martwe punkty. W pierwszym przypadku tłok znajduje się w maksymalnej odległości od wału korbowego, a druga opcja to najmniejsza odległość między tłokiem a wałem korbowym. Aby zapewnić przejście tłoka przez martwy punkt bez zatrzymywania się, zastosowano koło zamachowe wykonane w postaci tarczy.

Ważnym parametrem w silnikach spalinowych jest stopień sprężania, który bezpośrednio wpływa na jego moc i sprawność.

Aby poprawnie zrozumieć zasadę działania silnika samochodowego, trzeba wiedzieć, że opiera się on na wykorzystaniu pracy gazów rozprężonych podczas procesu nagrzewania, w wyniku których tłok porusza się między górnym i dolnym martwym centra. Gdy tłok znajduje się w górnym położeniu, paliwo, które dostaje się do cylindra i jest mieszane z powietrzem, ulega spaleniu. W efekcie znacznie wzrasta temperatura gazów i ich ciśnienie.

Gazy wykonują użyteczną pracę, dzięki czemu tłok porusza się w dół. Ponadto, za pomocą mechanizmu korbowego, działanie przenoszone jest na skrzynię biegów, a następnie na koła samochodu. Produkty odpadowe są usuwane z cylindra przez układ wydechowy, a na ich miejsce trafia nowa porcja paliwa. Cały proces, od podania paliwa po usuwanie spalin, nazywany jest cyklem pracy silnika.

Jak działa silnik samochodowy - różnice w modelach

Istnieje kilka głównych typów silników spalinowych. Najprostszy jest silnik rzędowy. Ułożone w jednym rzędzie sumują się do określonej objętości roboczej. Ale stopniowo niektórzy producenci odeszli od tej technologii produkcji do bardziej kompaktowej wersji.

Wiele modeli wykorzystuje konstrukcję silnika V. Dzięki tej opcji cylindry są ustawione pod kątem do siebie (w zakresie 180 stopni). W wielu projektach liczba cylindrów waha się od 6 do 12 lub więcej. Umożliwia to znaczne zmniejszenie wymiaru liniowego silnika i zmniejszenie jego długości.

Tłokowe silniki spalinowe są stosowane głównie w nowoczesnych ciągnikach i samochodach. W tych silnikach pali się palna mieszanka (mieszanka paliwa i powietrza w określonych proporcjach i ilościach). Część uwolnionego w tym przypadku ciepła zamieniana jest na pracę mechaniczną.

Klasyfikacja silnika

Silniki tłokowe są klasyfikowane według następujących kryteriów:

• metodą zapłonu mieszanki palnej - ze sprężania (silniki wysokoprężne) i z iskry elektrycznej
• metodą tworzenia mieszanki - z tworzeniem mieszanki zewnętrznej (gaźnik i gaz) i wewnętrznej (silniki Diesla)
• sposobem realizacji cyklu pracy - cztero- i dwusuwowy;
• według rodzaju stosowanego paliwa - praca na paliwie płynnym (benzyna lub olej napędowy), gazowym (sprężony lub płynny gaz) i wielopaliwowym
• według liczby cylindrów - jedno- i wielocylindrowe (dwu-, trzy-, cztero-, sześciocylindrowe itp.)
• w zależności od rozmieszczenia cylindrów - jednorzędowe lub liniowe (walce znajdują się w jednym rzędzie) i dwurzędowe lub w kształcie litery V (jeden rząd cylindrów jest ustawiony pod kątem do drugiego)

Czterosuwowe wielocylindrowe silniki wysokoprężne stosowane są w ciągnikach i pojazdach ciężarowych, czterosuwowe wielocylindrowe silniki gaźnikowe i wysokoprężne, a także silniki zasilane sprężonym i skroplonym gazem stosowane są w samochodach osobowych, lekkich i średnio obciążonych pojazdy.

Główne mechanizmy i układy silnika

Tłokowy silnik spalinowy składa się z:

• części ciała
• mechanizm korbowy
• mechanizm dystrybucji gazu
• systemy zasilania
• systemy chłodzenia
• system smarowania
• układy zapłonowe i rozruchowe
• regulator prędkości

Urządzenie czterosuwowego jednocylindrowego silnika gaźnika pokazano na rysunku:

Rysunek. Urządzenie jednocylindrowego czterosuwowego silnika gaźnikowego:
1 - koła zębate napędu wałka rozrządu; 2 - wałek rozrządu; 3 - popychacz; 4 - wiosna; 5 - rura wydechowa; 6 - rura wlotowa; 7 - gaźnik; 8 - zawór wydechowy; 9 - drut do świecy; 10 - świeca zapłonowa iskrowa; 11 - zawór wlotowy; 12 - głowica cylindra; 13 - cylinder: 14 - płaszcz wodny; 15 - tłok; 16 - sworzeń tłokowy; 17 - korbowód; 18 - koło zamachowe; 19 - wał korbowy; 20 - zbiornik oleju (miska).

mechanizm korbowy(KShM) przekształca prostoliniowy ruch posuwisto-zwrotny tłoka na ruch obrotowy wału korbowego i odwrotnie.

Mechanizm dystrybucji gazu(Rozrząd) jest przeznaczony do terminowego połączenia objętości nadtłoka z układem dolotowym świeżego ładunku i uwalniania produktów spalania (spalin) z cylindra w określonych odstępach czasu.

System zasilania służy do przygotowania mieszanki palnej i doprowadzenia jej do cylindra (w silnikach gaźnikowych i gazowych) lub do napełnienia cylindra powietrzem i doprowadzenia do niego paliwa pod wysokim ciśnieniem (w silniku wysokoprężnym). Ponadto system ten kieruje spaliny na zewnątrz.

System chłodzenia jest niezbędny do utrzymania optymalnych warunków termicznych silnika. Substancja, która usuwa nadmiar ciepła z części silnika - chłodziwo może być cieczą lub powietrzem.

System smarowania przeznaczony do podawania środka smarnego (oleju silnikowego) na powierzchnie cierne w celu ich oddzielenia, schłodzenia, zabezpieczenia przed korozją oraz wypłukania produktów zużycia.

Sytem zapłonu służy do szybkiego zapłonu mieszaniny roboczej za pomocą iskry elektrycznej w cylindrach gaźnika i silników gazowych.

System startowy Jest to kompleks współdziałających ze sobą mechanizmów i systemów zapewniających stabilny start cyklu roboczego w cylindrach silnika.

Regulator prędkości Jest automatycznie działającym mechanizmem przeznaczonym do zmiany dopływu paliwa lub mieszanki palnej w zależności od obciążenia silnika.

Silnik wysokoprężny, w przeciwieństwie do silników gaźnikowych i gazowych, nie ma układu zapłonowego, a zamiast gaźnika lub miksera w układzie napędowym instaluje się osprzęt paliwowy (wysokociśnieniowa pompa paliwowa, wysokociśnieniowe przewody paliwowe i wtryskiwacze).

Nie będzie przesadą stwierdzenie, że większość urządzeń samobieżnych jest obecnie wyposażona w silniki spalinowe o różnej konstrukcji, wykorzystujące różne zasady działania. W każdym razie, jeśli mówimy o transporcie drogowym. W tym artykule przyjrzymy się bliżej silnikowi spalinowemu. Co to jest, jak działa ta jednostka, jakie są jej plusy i minusy, dowiesz się z niej czytając.

Zasada działania silników spalinowych

Główna zasada działania ICE opiera się na fakcie, że paliwo (stałe, płynne lub gazowe) spala się w specjalnie wydzielonej objętości roboczej wewnątrz samego urządzenia, przekształcając energię cieplną w energię mechaniczną.

Mieszanka robocza wchodząca do cylindrów takiego silnika jest sprężana. Po jego zapłonie za pomocą specjalnych urządzeń powstaje nadciśnienie gazów, zmuszając tłoki cylindrów do powrotu do pierwotnego położenia. Tworzy to stały cykl roboczy, który za pomocą specjalnych mechanizmów przekształca energię kinetyczną w moment obrotowy.

Dziś urządzenie ICE może mieć trzy główne typy:

• często nazywane płucami;
• jednostka napędowa czterosuwowa, pozwalająca na osiągnięcie wyższych wartości mocy i sprawności;
• o podwyższonej charakterystyce mocy.

Ponadto istnieją inne modyfikacje podstawowych obwodów, które umożliwiają poprawę niektórych właściwości tego typu elektrowni.

Zalety silników spalinowych

W przeciwieństwie do jednostek napędowych, które zapewniają obecność komór zewnętrznych, silnik spalinowy ma znaczne zalety. Najważniejsze z nich to:

• znacznie bardziej kompaktowe wymiary;
• wyższe wskaźniki mocy;
• optymalne wartości wydajności.

Należy zaznaczyć, mówiąc o silniku spalinowym, że jest to urządzenie, które w zdecydowanej większości przypadków pozwala na stosowanie różnego rodzaju paliwa. Może to być benzyna, olej napędowy, naturalny lub nafta, a nawet zwykłe drewno.

Ta wszechstronność zapewniła tej koncepcji silnika zasłużoną popularność, wszechobecność i prawdziwie globalną pozycję lidera.

Krótka wycieczka historyczna

Powszechnie przyjmuje się, że silnik spalinowy sięga swojej historii od czasu stworzenia przez Francuza de Rivas w 1807 roku jednostki tłokowej, która jako paliwo wykorzystywała wodór w stanie skupienia gazowego. I choć od tego czasu urządzenie ICE przeszło znaczące zmiany i modyfikacje, to podstawowe idee tego wynalazku są wykorzystywane do dziś.

Pierwszy czterosuwowy silnik spalinowy został wydany w 1876 roku w Niemczech. W połowie lat 80. XIX wieku w Rosji opracowano gaźnik, który umożliwił pomiar dopływu benzyny do cylindrów silnika.

A pod koniec ubiegłego wieku słynny niemiecki inżynier zaproponował pomysł zapłonu mieszanki palnej pod ciśnieniem, co znacznie zwiększyło charakterystykę mocy silnika spalinowego i wskaźniki sprawności jednostek tego typu, co poprzednio pozostawiało wiele do życzenia. Od tego czasu rozwój silników spalinowych szedł głównie drogą doskonalenia, modernizacji i wdrażania różnych usprawnień.

Główne typy i typy silników spalinowych

Niemniej jednak ponad 100-letnia historia jednostek tego typu pozwoliła na opracowanie kilku głównych typów elektrowni z wewnętrznym spalaniem paliwa. Różnią się między sobą nie tylko składem zastosowanej mieszaniny roboczej, ale także cechami konstrukcyjnymi.

Silniki benzynowe

Jak sama nazwa wskazuje, jednostki z tej grupy wykorzystują jako paliwo różne rodzaje benzyny.

Z kolei takie elektrownie zwykle dzieli się na dwie duże grupy:

• Gaźnik. W takich urządzeniach mieszanka paliwowa jest wzbogacana masami powietrza w specjalnym urządzeniu (gaźniku) przed wejściem do cylindrów. Następnie zapala się iskrą elektryczną. Do najwybitniejszych przedstawicieli tego typu należą modele VAZ, których silnik spalinowy przez bardzo długi czas był wyłącznie typu gaźnika.
• Zastrzyk. Jest to bardziej złożony system, w którym paliwo wtryskiwane jest do cylindrów za pomocą specjalnego kolektora i wtryskiwaczy. Może się to odbywać zarówno mechanicznie, jak i za pomocą specjalnego urządzenia elektronicznego. Systemy bezpośredniego wtrysku Common Rail są uważane za najbardziej wydajne. Zainstalowany w prawie wszystkich nowoczesnych samochodach.

Silniki benzynowe z wtryskiem są uważane za bardziej ekonomiczne i zapewniają wyższą sprawność. Jednak koszt takich jednostek jest znacznie wyższy, a konserwacja i eksploatacja znacznie trudniejsza.

Silniki Diesla

U zarania istnienia tego typu jednostek bardzo często można było usłyszeć dowcip o silniku spalinowym, że jest to urządzenie, które zjada benzynę jak koń, ale porusza się znacznie wolniej. Wraz z wynalezieniem silnika wysokoprężnego ten żart częściowo stracił na aktualności. Głównie dlatego, że olej napędowy może pracować na paliwie o wiele niższej jakości. Oznacza to, że jest znacznie tańszy niż benzyna.

Główną podstawową różnicą między spalaniem wewnętrznym jest brak wymuszonego zapłonu mieszanki paliwowej. Olej napędowy jest wtryskiwany do cylindrów przez specjalne dysze, a poszczególne krople paliwa są zapalane pod wpływem siły nacisku tłoka. Oprócz zalet silnik wysokoprężny ma również szereg wad. Wśród nich są:

• znacznie mniej mocy w porównaniu do elektrowni benzynowych;
• duże wymiary i cechy wagowe;
• trudności z uruchomieniem w ekstremalnych warunkach pogodowych i klimatycznych;
• niedostateczna trakcja i tendencja do nieuzasadnionych strat mocy, zwłaszcza przy stosunkowo dużych prędkościach.

Ponadto naprawa silnika spalinowego typu diesla jest z reguły znacznie bardziej skomplikowana i kosztowna niż regulacja lub przywracanie wydajności roboczej jednostki benzynowej.

Silniki gazowe

Pomimo niskiego kosztu gazu ziemnego wykorzystywanego jako paliwo, urządzenie silnika spalinowego pracującego na gazie jest nieporównywalnie bardziej skomplikowane, co prowadzi do znacznego wzrostu kosztów całego zespołu, w szczególności jego montażu i eksploatacji.

W tego typu elektrowniach gaz płynny lub ziemny dostaje się do butli poprzez system specjalnych reduktorów, kolektorów i dysz. Zapłon mieszanki paliwowej odbywa się w taki sam sposób, jak w instalacjach benzynowych gaźnika, za pomocą iskry elektrycznej pochodzącej ze świecy zapłonowej.

Połączone typy silników spalinowych

Niewiele osób wie o połączonych systemach ICE. Co to jest i gdzie jest stosowane?

Nie mówimy oczywiście o nowoczesnych samochodach hybrydowych, które mogą jeździć zarówno na paliwie, jak i na silniku elektrycznym. Kombinowane silniki spalinowe są zwykle nazywane takimi jednostkami, które łączą elementy różnych zasad układów paliwowych. Najbardziej uderzającym przedstawicielem rodziny takich silników są jednostki gazowo-dieselowe. W nich mieszanka paliwowa wchodzi do bloku ICE w prawie taki sam sposób, jak w jednostkach gazowych. Ale paliwo jest zapalane nie za pomocą wyładowania elektrycznego ze świecy, ale z częścią zapłonową oleju napędowego, jak ma to miejsce w konwencjonalnym silniku wysokoprężnym.

Konserwacja i naprawa silników spalinowych

Pomimo dość szerokiej gamy modyfikacji, wszystkie silniki spalinowe mają podobne podstawowe konstrukcje i schematy. Niemniej jednak, aby przeprowadzić wysokiej jakości konserwację i naprawę silnika spalinowego, konieczne jest dokładne poznanie jego budowy, zrozumienie zasad działania i umiejętność identyfikowania problemów. W tym celu konieczne jest oczywiście dokładne przestudiowanie konstrukcji silników spalinowych różnych typów, aby samemu zrozumieć cel niektórych części, zespołów, mechanizmów i systemów. Nie jest to łatwe zadanie, ale bardzo ekscytujące! A co najważniejsze, właściwa rzecz.

Specjalnie dla dociekliwych umysłów, które chcą samodzielnie zrozumieć wszystkie tajemnice i sekrety prawie każdego pojazdu, przybliżony schemat silnika spalinowego pokazano na powyższym zdjęciu.

Więc dowiedzieliśmy się, czym jest ta jednostka napędowa.

Silnik spalinowy to jeden z kluczowych elementów konstrukcyjnych pojazdu. Jest to imponująca jednostka, zasada działania silnika spalinowego opiera się na zmianie energii na działanie niektórych części jednostki.

W pojazdach występują trzy rodzaje silników:

• tłok
• tłok obrotowy
• turbina gazowa

Pierwsza wersja silników jest bardzo popularna. Niektóre modele samochodów są wyposażone w czterosuwowe silniki tłokowe. Taka popularność spowodowana jest tym, że takie jednostki są tańsze, mają niską wagę i nadają się do zastosowania w prawie wszystkich maszynach, niezależnie od produkcji.

Mówiąc prościej, silnik samochodowy to specjalny mechanizm, który może zmieniać energię cieplną, zamieniając ją w energię mechaniczną, co pozwala zapewnić działanie wielu elementów konstrukcji samochodu, a także jego układów.

Przestudiowanie zasady działania silnika nie będzie trudne. Na przykład, tłokowe silniki spalinowe dzielą się na jednostki dwu- i czterosuwowe. Silniki czterosuwowe są nazywane, ponieważ w jednym cyklu pracy elementu tłok porusza się czterokrotnie (suwy). Więcej szczegółów na temat tego, jakie słupki są opisane poniżej.

Urządzenie silnikowe

Zanim zajmiesz się zasadą działania, powinieneś najpierw zrozumieć, jak działa jednostka napędowa i co zawiera jej konstrukcja. Ponieważ jednostki tłokowe są uważane za najpopularniejsze, właśnie takie urządzenie będzie brane pod uwagę. Główne szczegóły to:

1. Cylindry tworzące osobny blok
2. Głowica bloku rozrządu
3. mechanizm korbowy

Ten ostatni napędza wał korbowy, powodując jego obrót. Mechanizm przekazuje na wał energię otrzymaną z poruszającego się tłoka, który zmienia swoje położenie w kilku cyklach. Ruch tłoka reguluje energię cieplną generowaną przez spalanie paliwa.

Nie można sobie wyobrazić i zorganizować ruchu jednostki napędowej bez zainstalowanych w niej mechanizmów. Na przykład pasek rozrządu zmienia położenie zaworów, dzięki czemu możliwe jest zapewnienie regularnego dopływu paliwa, wpuszczania i wypuszczania niektórych preparatów. Powstał system pobierania nowych gazów i odprowadzania zużytych.

Praca silnika jest możliwa tylko przy jednoczesnej pracy wszystkich części, mechanizmów i innych elementów wchodzących w skład konstrukcji. Ponadto powinny bezproblemowo współpracować z nimi następujące systemy:

• zapłon, którego główną rolą jest zapalenie paliwa,
• zawierające również powietrze;
• wlot, regulujący terminowe dostarczanie powietrza do wnętrza cylindra;
• paliwo, dzięki któremu możliwe jest zapewnienie dostaw paliwa do spalania i dalszej eksploatacji transportu;
• system smarowania, który zmniejsza zużycie trących się elementów konstrukcyjnych podczas ich eksploatacji;
• spaliny, poprzez działanie których możliwe jest usuwanie spalin, w wyniku czego zmniejsza się ich toksyczność.

Istnieje również system chłodzenia, który reguluje temperaturę wewnątrz urządzenia i zapewnia, że ​​jest ona optymalna.

Cykl pracy ICE

Główny cykl silnika obejmuje wykonanie czterech głównych suwów. To o nich będzie mowa w dalszej części tekstu.

Pierwszy skok: spożycie

Początkowy - ruch krzywek, które są częścią konstrukcji wałka rozrządu. Zmieniają wpływ na zawór wlotowy, zmuszając go do otwarcia.

Dalej, za otwartym zaworem, tłok przesuwa się ze swojego miejsca. Część stopniowo przesuwa się od najwyższej pozycji do najniższej pozycji. Powietrze wewnątrz cylindra, ze względu na zmniejszenie przestrzeni przez tłok, staje się bardziej rozrzedzone, dzięki czemu możliwe staje się wejście przygotowanej mieszaniny roboczej.

Następnie tłok zaczyna działać na wał korbowy przez korbowód, w wyniku czego wał obraca się o 180 stopni. Sam tłok osiągnął już krytyczne dolne położenie i w tym momencie rozpoczyna się drugi skok.

Drugi środek: kompresja

Polega na dalszym sprężaniu mieszanki wewnątrz cylindra. Zawór wlotowy zamyka się, a tłok zmienia kierunek, poruszając się w górę. Ze względu na zmniejszenie przestrzeni powietrze zaczyna się ściskać, a mieszanina robocza zaczyna się nagrzewać. Kiedy kończy się drugi skok, uruchamia się układ zapłonowy. Jego głównym celem jest dostarczenie ładunku elektrycznego do świecy w celu utworzenia iskry. To ta iskra zapala sprężoną mieszankę paliwa i powietrza, powodując jej zapłon.

Osobno warto zastanowić się, w jaki sposób paliwo jest zapalane w silniku spalinowym Diesla. Po zakończeniu sprężania drobno rozpylony olej napędowy zaczyna przepływać przez dyszę do komory. Następnie substancja palna miesza się z powietrzem wewnątrz, dzięki czemu następuje zapłon.

Jeśli chodzi o silnik gaźnikowy ze standardowym paliwem, wał korbowy wykonuje pełny obrót w drugim cyklu.

Trzeci cykl: skok roboczy

Trzeci skok nazywa się skokiem roboczym. Gazy pozostałe po spaleniu mieszanki zaczynają popychać tłok, przesuwając go w dół. Energia odbierana przez część jest przekazywana do wału korbowego i obraca się ponownie, ale już o pół obrotu.

Czwarty środek: uwolnienie

Czwarty skok to uwolnienie pozostałych gazów. Gdy skok dopiero się zaczyna, krzywka zmienia położenie, tym razem zaworu wydechowego, otwierając go. Sprzyja to rozpoczęciu ruchu tłoka w górę, w wyniku czego spaliny zaczynają wydostawać się z cylindra.

Co ciekawe, w nowoczesnych modelach pojazdów ICE są wyposażone nie w jeden, ale w kilka cylindrów. Dzięki ich dobrze skoordynowanej pracy zapewniona jest lepsza praca układu silnika i maszyny. W takim przypadku w każdym cylindrze wykonywane są jednocześnie różne suwy. Na przykład w jednym cylindrze suw roboczy jest w pełnym rozkwicie, a w drugim - wał korbowy właśnie wykonuje obrót. Podobny projekt również:

• eliminuje niepotrzebne wibracje;
• równoważy siły działające na wał korbowy;
• organizuje płynną pracę silnika.

Ze względu na swoją zwartość silniki z kilkoma cylindrami są wykonane nie rzędowo, ale w kształcie litery V. Istnieje również forma silników typu bokser, które często znajdują się w pojazdach Subaru. Takie rozwiązanie pozwala zaoszczędzić dużo miejsca pod maską.

Jak działa silnik dwusuwowy

Wspomniano powyżej, że silniki tłokowe dzielą się na 4-suwowe i 2-suwowe. Zasada działania tego ostatniego różni się nieco od opisanej wcześniej. A samo urządzenie takiej jednostki jest znacznie prostsze niż poprzedni projekt. W jednostce dwusuwowej w cylindrze są tylko dwa okna - wlot i wylot. Drugi znajduje się tuż nad pierwszym i teraz zostanie wyjaśnione, do czego służy.

Na początku pierwszego suwu tłok, który wcześniej zablokował okno wlotowe, zaczyna poruszać się w górę, w wyniku czego zamyka okno wlotowe paliwa. Jednocześnie tłok nadal się obniża, co prowadzi do kompresji mieszaniny roboczej. Gdy tylko część osiągnie żądaną pozycję, na świecy powstaje pierwsza iskra, a utworzona mieszanina jest natychmiast zapalana, zapalając się. W tym momencie okno wlotowe już się otwiera. Przepuszcza kolejną porcję paliwa i powietrza, kontynuując pracę mechanizmu.

Początek drugiego suwu charakteryzuje się zmianą kierunku ruchu tłoka – zaczyna on poruszać się w dół. Działają na nią gazy, dążąc do powiększenia dostępnej przestrzeni. Tłok porusza się otwierając okno wlotowe, a pozostałe po spaleniu mieszanki gazy opuszczają, przepuszczając do środka nową porcję paliwa.

Część mieszaniny roboczej również opuszcza cylinder przez otwarty zawór wydechowy. Dlatego staje się jasne, dlaczego silniki dwusuwowe wymagają tak dużej ilości paliwa.

Zalety i wady

Zaletą dwusuwowych jednostek tłokowych jest uzyskanie dużej mocy przy niewielkiej objętości roboczej w porównaniu z czterosuwowymi. Jednak właściciel samochodu będzie cierpieć z powodu imponującego zużycia paliwa, dlatego wkrótce w jego głowie pojawi się pomysł zmiany jednostki.

Również zalety dwusuwowych silników spalinowych można nazwać prostą konstrukcją, przejrzystą i jednolitą pracą, niską wagą i kompaktowymi rozmiarami. Wady to brudny wydech, brak różnych systemów, a także szybkie zużycie elementów konstrukcyjnych. Dość często właściciele aut z takim silnikiem narzekają na przegrzewanie się jednostki i jej awarię.

Dla niewtajemniczonych silnik samochodowy może wyglądać jak wielka pomieszana mieszanina metalowych części, rur i przewodów. Jednocześnie silnik jest „sercem” prawie każdego samochodu - 95% wszystkich samochodów napędzanych jest silnikiem spalinowym.

W tym artykule omówimy działanie silnika spalinowego: jego ogólną zasadę, przestudiujemy poszczególne elementy i fazy pracy silnika, dowiemy się dokładnie, jak potencjalne paliwo jest zamieniane na siłę obrotową i spróbujemy odpowiedzieć na pytania: jak działa silnik spalinowy, jakie są silniki, ich rodzaje i co oznaczają te lub inne parametry i cechy silnika? I jak zawsze wszystko to jest proste i przystępne, jak dwa i dwa.

Głównym celem silnika benzynowego samochodu jest przekształcenie benzyny w ruch, aby samochód mógł się poruszać. Obecnie najłatwiejszym sposobem na wytworzenie ruchu z benzyny jest po prostu spalenie jej wewnątrz silnika. Tak więc "silnik" samochodowy jest silnikiem spalinowym - tj. w nim zachodzi spalanie benzyny.

Istnieją różne typy silników spalinowych. Silniki Diesla to jedna forma, a turbiny gazowe to zupełnie inna forma. Każdy z nich ma swoje wady i zalety.

Cóż, jak zauważysz, skoro istnieje silnik spalinowy, to musi być też silnik spalinowy zewnętrzny. Lokomotywa parowa w staromodnych pociągach i parowcach jest najlepszym przykładem silnika spalinowego. Paliwo (węgiel, drewno, olej, cokolwiek) w silniku parowym spala się na zewnątrz silnika, tworząc parę, a para powoduje ruch wewnątrz silnika. Oczywiście silnik spalinowy jest znacznie bardziej wydajny (przynajmniej zużywa znacznie mniej paliwa na kilometr drogi pojazdu) niż spalinowy, a silnik spalinowy jest również znacznie mniejszy niż równoważny silnik spalinowy. To wyjaśnia, dlaczego nie widzimy ani jednego wagonu, który wygląda jak lokomotywa parowa.

Przyjrzyjmy się teraz bliżej działaniu silnika spalinowego.

Przyjrzyjmy się zasadzie stojącej za każdym ruchem posuwisto-zwrotnym silnika spalinowego: jeśli umieścisz niewielką ilość wysokoenergetycznego paliwa (takiego jak benzyna) w małej zamkniętej przestrzeni i zapalisz ją (to paliwo), niewiarygodna ilość energia jest uwalniana w postaci rozprężającego się gazu. Możesz wykorzystać tę energię na przykład do napędzania ziemniaka. W tym przypadku energia jest zamieniana na ruch tego ziemniaka. Na przykład, jeśli wlejesz trochę benzyny do rury z jednym końcem szczelnie zamkniętym, a drugim otwartym, wlej trochę benzyny, a następnie wbijesz ziemniaka i podpalisz benzynę, to jego eksplozja sprowokuje ruch tego ziemniaka poprzez ściskanie z eksplodującą benzyną, w ten sposób ziemniak poleci wysoko w niebo, jeśli skierujesz rurę w górę. Tak pokrótce opisaliśmy zasadę starej armaty. Ale możesz również wykorzystać ten rodzaj energii benzyny do ciekawszych celów. Na przykład, jeśli możesz stworzyć cykl eksplozji benzyny setki razy na minutę i jeśli możesz wykorzystać tę energię do użytecznych celów, to wiedz, że masz już rdzeń silnika samochodu!

Prawie wszystkie samochody w dzisiejszych czasach używają tego, co się nazywa czterosuwowy cykl spalania zamienić benzynę w ruch. Cykl czterosuwowy jest również znany jako cykl Otto, od Mikołaja Otto, który wynalazł go w 1867 roku. Oto one, te 4 skoki silnika:

1. Skok wlotu paliwa
2. Skok sprężania paliwa
3. Cykl spalania paliwa
4. Skok spalin

Wydaje się, że wszystko jest z tego jasne, prawda? Na poniższym rysunku widać, że element zwany tłokiem zastępuje ziemniaka w opisanym wcześniej „działku ziemniaczanym”. Tłok jest połączony z wałem korbowym za pomocą korbowodu. Tylko nie przejmuj się nowymi terminami – w zasadzie działania silnika nie ma ich tak wiele!

Na rysunku litery wskazują następujące elementy silnika:

A - Wałek rozrządu
B - Pokrywa zaworu
C - Zawór wydechowy
D-otwór wydechowy
E - Głowica cylindra
F - Wnęka na chłodziwo
G - Blok silnika
H - miska olejowa
ja - miska silnika
J - Świeca zapłonowa
K - Zawór wlotowy
L - Wlot
M - Tłok
N - Korbowód
O - Łożysko korbowodu
P - Wał korbowy

Oto, co się dzieje, gdy silnik przechodzi pełny cykl czterosuwowy:

1. Początkowe położenie tłoka znajduje się na samej górze, w tym momencie otwiera się zawór ssący, a tłok przesuwa się w dół, zasysając w ten sposób przygotowaną mieszankę benzyny i powietrza do cylindra. To jest skok ssania. Aby to zadziałało, wystarczy niewielka kropla benzyny zmieszać się z powietrzem.
2. Kiedy tłok osiągnie najniższy punkt, zawór wlotowy zamyka się, a tłok zaczyna się cofać (benzyna jest uwięziona), sprężając tę ​​mieszankę paliwa i powietrza. Kompresja sprawi, że eksplozja będzie silniejsza.
3. Gdy tłok osiąga szczyt swojej drogi, świeca zapłonowa emituje iskrę generowaną przez ponad dziesięć tysięcy woltów, aby zapalić benzynę. Następuje detonacja, a benzyna w cylindrze eksploduje, popychając tłok w dół z niesamowitą siłą.
4. Po tym, jak tłok ponownie osiągnie dno skoku, kolej na otwarcie zaworu wydechowego. Następnie tłok porusza się w górę (to dzieje się już na skutek bezwładności), a zużyta mieszanina benzyny i powietrza opuszcza cylinder przez otwór wydechowy, aby udać się w drogę do rury wydechowej i dalej w górną warstwę atmosfery.

Teraz, gdy zawór jest znowu na samej górze silnik jest gotowy do kolejnego cyklu, czyli zasysa następną porcję mieszanki powietrza i benzyny w celu dalszego rozkręcenia wału korbowego, który w rzeczywistości przekazuje jego skręcanie dalej poprzez przeniesienie na koła. Teraz zobacz poniżej, jak silnik działa we wszystkich czterech suwach.

Pracę silnika spalinowego można lepiej zobaczyć na dwóch poniższych animacjach:

Jak działa silnik - animacja

Zauważ, że ruch generowany przez silnik spalinowy jest ruchem obrotowym, podczas gdy ruch generowany przez działo ziemniaczane jest liniowy (prosty). W silniku ruch liniowy tłoków zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego. Potrzebujemy ruchu obrotowego, ponieważ planujemy skręcić kołami naszego samochodu.

Teraz przyjrzyjmy się wszystkim częściom, które współpracują ze sobą jako zespół, aby tak się stało, zaczynając od cylindrów!

Rdzeniem silnika jest cylinder z tłokiem, który porusza się w górę iw dół wewnątrz cylindra. Opisany powyżej silnik ma jeden cylinder. Wydawałoby się, co jeszcze jest potrzebne do samochodu?! Ale nie, samochód do komfortowej jazdy potrzebuje jeszcze co najmniej 3 tych cylindrów z tłokami i wszystkimi niezbędnymi dla tej pary atrybutami (zawory, korbowody itd.), ale jeden cylinder jest odpowiedni tylko dla większości kosiarek . Zerknij - poniżej na animacji zobaczysz pracę silnika 4-cylindrowego:

Typy silników

Samochody najczęściej mają cztery, sześć, osiem, a nawet dziesięć, dwanaście i szesnaście cylindrów (ostatnie trzy opcje są montowane głównie w samochodach sportowych i wyścigowych). W silniku wielocylindrowym wszystkie cylindry są zwykle rozmieszczone na jeden z trzech sposobów:

• W linii
• W kształcie litery V
• Bokser

Oto one - wszystkie trzy rodzaje rozmieszczenia cylindrów w silniku:

Układ 4 cylindrów w linii

Przeciwstawny układ 4 cylindrów

Układ V 6 cylindrów

Różne konfiguracje mają różne zalety i wady pod względem wibracji, kosztów produkcji i charakterystyki kształtu. Te zalety i wady sprawiają, że są one bardziej odpowiednie dla niektórych konkretnych pojazdów. Tak więc silniki 4-cylindrowe rzadko mają sens, aby uzyskać kształt litery V, więc zwykle są one rzędowe; a silniki 8-cylindrowe są częściej produkowane z układem cylindrów w kształcie litery V.

Przyjrzyjmy się teraz, jak działa układ wtrysku paliwa, olej i inne elementy w silniku:

Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo niektórym kluczowym szczegółom silnika:

Teraz uwaga! Na podstawie tego, co przeczytaliśmy, spójrzmy na pełny cykl silnika ze wszystkimi jego elementami:

Pełny cykl silnika

Dlaczego silnik nie działa?

Powiedzmy, że wychodzisz rano do samochodu i zaczynasz go uruchamiać, ale nie chce się uruchomić. Co może być nie tak? Teraz, gdy wiesz, jak działa silnik, możesz zrozumieć podstawowe rzeczy, które mogą uniemożliwić uruchomienie silnika. Mogą się zdarzyć trzy podstawowe rzeczy:

• Słaba mieszanka paliwowa
• Brak kompresji
• Brak iskry

Tak, istnieją tysiące drobnych rzeczy, które mogą stwarzać problemy, ale wspomniana „wielka trójka” jest najczęściej wynikiem lub przyczyną jednej z nich. Opierając się na prostym zrozumieniu wydajności silnika, możemy sporządzić krótką listę tego, jak te problemy wpływają na silnik.

Zła mieszanka paliwowa może wynikać z jednego z następujących powodów:

• Po prostu skończyła Ci się benzyna w baku, a silnik próbuje uruchomić się z powietrza.
• Wlot powietrza może być zatkany, więc silnik dostaje paliwo, ale nie ma wystarczającej ilości powietrza do detonacji.
• Układ paliwowy może dostarczać do mieszanki za dużo lub za mało paliwa, co oznacza, że ​​spalanie nie przebiega prawidłowo.
• Paliwo może zawierać zanieczyszczenia (a dla rosyjskiej jakości benzyny jest to szczególnie ważne), które uniemożliwiają pełne spalenie paliwa.

Brak kompresji - Jeśli ładunek powietrza i paliwa nie może zostać prawidłowo skompresowany, proces spalania nie będzie działał prawidłowo. Brak kompresji może wystąpić z następujących powodów:

• Zużyte pierścienie tłokowe (umożliwiające przepływ powietrza i paliwa przez tłok po ściśnięciu)
• Zawory wlotowe lub wylotowe nie uszczelniają się prawidłowo, ponownie otwierając nieszczelność podczas sprężania
• W cylindrze pojawiła się dziura.

Brak iskry może wynikać z kilku powodów:

• Jeśli świece zapłonowe lub przewód do nich są zużyte, iskra będzie słaba.
• Jeśli przewód jest uszkodzony lub po prostu go brakuje, lub system, który wysyła iskrę przez przewód, nie działa prawidłowo.
• Jeśli iskra pojawi się za wcześnie lub za późno w cyklu, paliwo nie zapali się we właściwym czasie, co może powodować różnego rodzaju problemy.

A oto kilka innych powodów, dla których silnik może nie działać, a tutaj poruszymy niektóre szczegóły poza silnikiem:

• Jeśli akumulator jest rozładowany, nie będziesz w stanie uruchomić silnika, aby go uruchomić.
• Jeśli łożyska, które umożliwiają swobodne obracanie się wału korbowego, są zużyte, wał korbowy nie będzie mógł się obracać, więc silnik nie będzie mógł pracować.
• Jeśli zawory nie otwierają się i nie zamykają w odpowiednim czasie lub w ogóle nie działają, powietrze nie będzie mogło wejść, a wydech nie będzie mógł wyjść, więc silnik ponownie nie będzie mógł pracować.
• Jeśli ktoś z chuligańskimi motywami wepchnie ziemniaka do rury wydechowej, spaliny nie będą mogły opuścić cylindra, a silnik nie będzie znów działał.
• Jeśli w silniku nie ma wystarczającej ilości oleju, tłok nie będzie mógł swobodnie poruszać się w górę iw dół w cylindrze, co utrudnia lub uniemożliwia normalne działanie silnika.

W prawidłowo działającym silniku wszystkie te czynniki mieszczą się w granicach tolerancji. Jak widać, silnik ma wiele systemów, które pomagają mu bezbłędnie przetwarzać paliwo na napęd. W kolejnych rozdziałach przyjrzymy się różnym podsystemom używanym w silnikach.

Większość podsystemów silnika można wdrożyć przy użyciu różnych technologii, a lepsze technologie mogą znacznie poprawić osiągi silnika. To dlatego rozwój motoryzacji postępuje w najwyższych obrotach, ponieważ konkurencja wśród producentów samochodów jest na tyle silna, że ​​zainwestuje duże pieniądze w każdą dodatkową moc wyciśniętą z silnika w tej samej ilości. Przyjrzyjmy się różnym podsystemom stosowanym w nowoczesnych silnikach, zaczynając od zaworów silnikowych.

Jak działają zawory?

System zaworów składa się z zaworów i mechanizmu, który je otwiera i zamyka. System ich otwierania i zamykania nazywa się wał rozrządczy... Wałek rozrządu ma na swojej osi specjalne części, które przesuwają zawory w górę iw dół, jak pokazano na poniższym rysunku.

Większość nowoczesnych silników ma tak zwane krzywki napowietrzne... Oznacza to, że wałek znajduje się nad zaworami, jak widać na zdjęciu. Starsze silniki wykorzystują wałek rozrządu znajdujący się w skrzyni korbowej w pobliżu wału korbowego. Wałek rozrządu obraca się i przesuwa krzywkę w dół, popychając zawór w dół, tworząc szczelinę dla przepływu paliwa lub spalin. Napęd paska rozrządu lub łańcucha jest napędzany przez wał korbowy i przenosi skręcanie z niego na wałek rozrządu, dzięki czemu zawory są zsynchronizowane z tłokami. Wałek rozrządu zawsze obraca się od jednego do dwóch razy wolniej niż wał korbowy. Wiele silników o wysokich osiągach ma cztery zawory na cylinder (dwa do odbioru paliwa do wewnątrz i dwa do odprowadzania mieszanki wydechowej).

Jak działa układ zapłonowy?

Układ zapłonowy generuje ładunek wysokiego napięcia i przekazuje go do świec zapłonowych za pomocą przewodów zapłonowych. Ładunek najpierw trafia do cewki zapłonowej (rodzaj rozdzielacza, który w określonym czasie rozprowadza iskrę do cylindrów), którą bez problemu można znaleźć pod maską większości samochodów. Cewka zapłonowa ma jeden przewód pośrodku i cztery, sześć, osiem lub więcej przewodów w zależności od liczby cylindrów, które z niej wychodzą. Te przewody zapłonowe wysyłają ładunek do każdej świecy zapłonowej. Silnik otrzymuje z czasem taką iskrę w taki sposób, że tylko jeden cylinder otrzymuje jednocześnie iskrę z rozdzielacza. Takie podejście zapewnia maksymalną płynność silnika.

Jak działa chłodzenie?

Układ chłodzenia w większości pojazdów składa się z chłodnicy i pompy wodnej. Woda krąży w kanałach (kanałach) wokół cylindrów, a następnie przechodzi przez chłodnicę, aby maksymalnie ją schłodzić. Istnieją jednak takie modele samochodów (przede wszystkim Volkswagen Beetle), a także większość motocykli i kosiarek, które mają silnik chłodzony powietrzem. Prawdopodobnie widziałeś te chłodzone powietrzem silniki, które mają z boku żebra – żebrowaną powierzchnię, która zdobi zewnętrzną stronę każdego cylindra, aby pomóc rozpraszać ciepło.

Chłodzenie powietrzem sprawia, że ​​silnik jest lżejszy, ale gorętszy i ogólnie zmniejsza żywotność silnika i ogólną wydajność. Teraz już wiesz, jak i dlaczego Twój silnik pozostaje chłodny.

Jak działa program uruchamiający?

Poprawa osiągów silnika to wielka sprawa, ale ważniejsze jest to, co się stanie, gdy przekręcisz kluczyk, aby go uruchomić! Układ rozruchowy składa się z rozrusznika z silnikiem elektrycznym. Po przekręceniu kluczyka rozrusznik obraca silnik o kilka obrotów, aby proces spalania zaczął działać, a można go zatrzymać tylko przekręcając kluczyk w przeciwnym kierunku, gdy iskra przestanie płynąć do cylindrów, a silnik w ten sposób gaśnie.

Z drugiej strony rozrusznik ma mocny silnik elektryczny, który napędza zimny silnik spalinowy. Rozrusznik jest zawsze dość mocny, a zatem silnik „zużywa” zasoby akumulatora, ponieważ musi pokonać:

• Całe tarcie wewnętrzne spowodowane przez pierścienie tłokowe i nasilone przez zimny, nieogrzewany olej.
• Ciśnienie sprężania dowolnego cylindra (cylindrów), które występuje podczas suwu sprężania.
• Opór wywierany przez otwieranie i zamykanie zaworów wałka rozrządu.
• Wszystkie inne procesy bezpośrednio związane z silnikiem, w tym rezystancja pompy wody, pompy oleju, generatora itp.

Widzimy, że starter potrzebuje dużo energii. Samochód najczęściej korzysta z 12-woltowej instalacji elektrycznej, a do rozrusznika muszą płynąć setki amperów prądu.

Jak działa system wtrysku i smarowania?

Jeśli chodzi o codzienną konserwację samochodu, Twoim pierwszym zmartwieniem jest prawdopodobnie sprawdzenie ilości gazu w Twoim samochodzie. Jak benzyna dostaje się ze zbiornika paliwa do cylindrów? Układ paliwowy silnika pobiera benzynę ze zbiornika za pomocą pompy paliwowej w zbiorniku i miesza ją z powietrzem, dzięki czemu do cylindrów może przepływać właściwa mieszanka powietrza i paliwa. Paliwo jest dostarczane na jeden z trzech powszechnych sposobów: gaźnik, wtrysk paliwa i bezpośredni wtrysk paliwa.

Gaźniki są teraz bardzo przestarzałe i nie pasują do nowszych modeli samochodów. W silniku wtryskowym wymagana ilość paliwa jest wtryskiwana indywidualnie do każdego cylindra, bezpośrednio do zaworu wlotowego (wtrysk paliwa) lub bezpośrednio do cylindra (bezpośredni wtrysk paliwa).

Ważną rolę odgrywa również olej. Idealnie i właściwie nasmarowany układ zapewnia, że ​​każda ruchoma część w silniku otrzymuje olej, dzięki czemu może się swobodnie poruszać. Dwie główne części, które wymagają oleju, to tłok (a raczej jego pierścienie) i wszelkie łożyska, które umożliwiają swobodne obracanie się takich elementów, jak wał korbowy i inne wały. W większości pojazdów olej jest zasysany z miski olejowej przez pompę olejową, przepuszczany przez filtr oleju w celu usunięcia cząstek brudu, a następnie natryskiwany pod wysokim ciśnieniem na łożyska i ściany cylindrów. Olej następnie spływa do miski olejowej, gdzie jest ponownie zbierany i cykl się powtarza.

System wydechowy

Teraz, gdy wiemy już o wielu rzeczach, które wkładamy (wlewamy) do naszego samochodu, przyjrzyjmy się innym rzeczom, które z niego wynikają. Układ wydechowy zawiera rurę wydechową i tłumik. Bez tłumika z rury wydechowej usłyszysz dźwięk tysięcy małych eksplozji. Tłumik tłumi dźwięk. Układ wydechowy zawiera również konwerter katalityczny, który wykorzystuje katalizator i tlen do spalenia całego niewykorzystanego paliwa i niektórych innych chemikaliów w spalinach. Dzięki temu Twój samochód spełnia określone europejskie normy dotyczące poziomu zanieczyszczenia powietrza.

Co jeszcze jest poza wszystkimi powyższymi w samochodzie? Instalacja elektryczna składa się z akumulatora i generatora. Alternator jest połączony z silnikiem za pomocą paska i generuje prąd do ładowania akumulatora. Akumulator dostarcza 12-woltowy ładunek energii elektrycznej dostępnej dla wszystkiego w samochodzie, które potrzebuje prądu (układ zapłonu, radio,