Как работает мотор машины: Как работает двигатель внутреннего сгорания — Mafin Media

Как работает двигатель внутреннего сгорания — Mafin Media

Готовиться смесь может по-разному. В устаревших карбюраторных двигателях горючее «готовится» в отдельном механизме авто — карбюраторе. После смешивания воздуха с топливом смесь подается в двигатель и там сгорает. У карбюраторных моторов много минусов, а их ремонтопригодность сегодня уже не так востребованна. Поэтому самые популярные системы подачи топлива — инжекторные (от англ. inject — впрыскивать). 

В зависимости от конструкции мотора топливо подается либо во впускной коллектор — трубопровод, через который авто получает воздух из окружающей среды, — либо напрямую в цилиндры. Подобные решения сложнее, но позволяют экономить топливо и снижать количество вредных выбросов в атмосферу. Основная деталь инжекторного впрыска — форсунка. Именно она впрыскивает топливо:

Компоненты двигателя: где и как сгорает смесь

Самое важное происходит в корпусе двигателя, который объединяет блок цилиндров (слева на фото) и головку блока цилиндров (справа на фото).

Блок цилиндров содержит полые внутри цилиндрические трубки, в которых размещаются поршни.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) монтируется на блок цилиндров и образует герметичные (т. е. непроницаемые для посторонних жидкостей и газов) камеры сгорания.

Внутри камеры сгорания устанавливаются поршни — детали цилиндрической формы, совершающие возвратно-поступательные движения под действием сгорания смеси.

Поршни — часть кривошипно-шатунного механизма (КВШ), комплекса деталей, который преобразует движения поршня во вращение коленчатого вала. Последний и двигает колеса автомобиля. Так выглядит КВШ вместе с поршнями двигателя:

 

В головке блока цилиндров находятся упомянутые выше форсунки — вместе со свечами зажигания (в бензиновом моторе) и клапанами. Свечи зажигания производят электрическую искру, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси.

 

 

! — Если автомобиль оснащен непосредственным впрыском топлива (в камеру сгорания), форсунки находятся в ГБЦ, а если впрыск распределительный — форсунки установлены во впускном коллекторе вблизи впускных клапанов.

 

Клапаны относятся к механизму газораспределения и внешне напоминают большие гвозди:

Такая форма дана им неслучайно: нижней, выпуклой частью они закрывают и открывают впускные и выпускные отверстия в камере сгорания, поочередно впуская подготовленную топливно-воздушную смесь или воздух и выпуская отработанные газы. Соответственно, в зависимости от своей роли клапаны бывают впускными и выпускными.

Обычно на один цилиндр приходится от двух до четырех клапанов. За то, чтобы «доступ» в камеру сгорания открывался вовремя, и отвечает механизм газораспределения (ГРМ), в который выходят клапаны. В зависимости от мотора ГРМ приводится в действие ремнем или цепью.

Рассмотрим цилиндр в разрезе:

Четыре такта

Любой двигатель функционирует согласно циклу, состоящему из нескольких тактов, то есть ходов (движений) поршня. Большинство автомобильных моторов — четырехтактные.

Рассмотрим такты бензинового двигателя:

  1. Впуск: открывается впускной клапан, в камеру сгорания попадает топливно-воздушная смесь, а поршень идет вниз.
  2. Сжатие: оба клапана закрыты, поршень идет вверх, сжимая и нагревая смесь.
  3. Рабочий ход: оба клапана закрыты, под действием электрической искры от свечи зажигания сжатая и разогретая топливно-воздушная смесь воспламеняется, образовавшиеся при этом газы толкают поршень вниз.
  4. Выпуск: выпускной клапан открыт, поршень идет вверх, выталкивая отработанные газы в сторону выхлопной трубы.

После этого цикл повторяется. У дизельного двигателя вместо свечи установлена форсунка, и смесь воспламеняется не при помощи искры, а от сжатия — впрыска дизельного топлива через форсунку под большим давлением. Впускной клапан при этом подает в камеру сгорания только воздух. Кстати, в некоторых современных бензиновых моторах форсунка тоже впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр.

А как запускается первый такт?

Каждый автомобиль обладает набором бортовой электроники — проводов, аккумулятора, стартера и т. д. Аккумулятор за время поездок накапливает достаточно энергии, чтобы при помощи специального механизма — стартера — раскрутить коленвал и завести мотор.

И что дальше?

Мощность от двигателя к колесам передается с помощью коробки передач, редуктора и приводных валов. Если мотор соединить с колесами напрямую, автомобиль после запуска начнет движение на одной-единственной передаче, с небольшой скоростью, а после торможения сразу заглохнет. Об этих передачах и о типах коробок (автоматах, вариаторах, механиках и т. д.) Mafin Media расскажет в следующем материале.

Как работает двигатель?

Важно ли понимать устройство двигателя для обычного пользователя автомобиля? Это как минимум необходимо для правильной эксплуатации мотора. Например, знаете ли вы про 9-цилиндровый мотор БМВ или что такое объем двигателя? За пять минут расскажем просто обо всем важном.

Виды моторов

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой достаточно сложную конструкцию. Существуют двух- и четырехтактные двигатели. Наиболее распространены 4-тактные моторы в автомобилях и мотоциклах. Двухтактники также могут применяться в транспорте, но чаще их используют для некоторых видов водных и даже воздушных судов. Двухтактные моторы устанавливают в мотокосах, бензопилах и прочем строительном бензоинструменте.

Конструкторы успели придумать такое множество агрегатов, попадающих под определение ДВС. Мы будем рассматривать наиболее привычные варианты. Рассмотрим 4-тактный мотор. Чтобы понять порядок и принципы его работы, разберемся, из чего он состоит:

  • цилиндры, в которых располагаются поршни;
  • коленчатый вал;
  • газораспределительный механизм.

К этому добавим системы зажигания, подачи топлива и отвода отработанных газов, а также смазки и охлаждения двигателя.

Основные подходы к классификации силовых установок:

  1. По количеству цилиндров.
  2. По расположению цилиндров.
  3. По виду топлива.

1. Цилиндров чаще всего бывает от одного до шести. Более мощные автомобили могут использовать, например, 8, 12 или 16 цилиндров.

2. В рядном двигателе цилиндры на коленчатом валу располагаются один за другим в ряд. Увеличить мощность двигателя без существенного изменения размеров можно путем удвоения количества цилиндров. При этом один ряд поршней располагается относительно второго ряда под углом 90 градусов. Такой тип двигателя называется V-образным. Существует еще и оппозитный тип мотора, когда два ряда поршней располагаются под углом 180 градусов. Такие двигатели, например, применяются в автомобилях Subaru. За счет особенностей расположения цилиндров автомобиль получает более низкий центр тяжести и вибрацию при работе, а также минимальную высоту капота.

3. ДВС может работать на бензине и дизтопливе. Отличие заключается в том, что в бензиновом моторе топливо подается смешанное с воздухом и зажигается с помощью искры от свечи. У дизельного мотора топливо и воздух подаются раздельно, воспламенение происходит от высокой температуры сжатого газа. Вместо бензина в двигателе со смешанным топливом может использоваться газ, например, метан.

В одной модели автомобиля часто используется целая линейка двигателей с разными характеристиками на выбор покупателя. Например, в популярной BMW 5-й серии (Е60) может использоваться рядный 4-цилиндровый дизельный двигатель (M47), рядный 6-цилиндровый турбодизель (М57) или мощный 10-цилиндровый бензиновый V-образник (S85).

А вот 9-цилиндровый двигатель БМВ ставили на самолеты, и располагались цилиндры относительно друг друга в виде звезды.

Порядок работы двигателя

Вернемся к двух- и четырехтактным двигателям. Конструкции двухтактных моторов могут сильно различаться и быть как проще, так и намного сложнее четырехтактных собратьев. За счет меньшего количества оборотов мощность двухтактников выше, но экономичность хуже. Маленькие по размерам и мощности моторы не требуют сложной системы охлаждения, масло для смазки добавляется непосредственно с топливом в камеру сгорания.

Один такт – это движение поршня внутри цилиндра вверх или вниз. Работа 4-тактного мотора состоит из:

  • впуска;
  • сжатия;
  • рабочего хода;
  • выпуска.

У двухтактной силовой установки впуск происходит во время сжатия (первый такт), а рабочий ход совмещен с выпуском отработанных газов (второй такт).

Теперь подробнее о четырехтактном процессе.

В цилиндре находится поршень, который с помощью шатуна крепится к коленвалу. Сверху цилиндра находятся впускные и выпускные клапаны, а также свеча. Внутренний объем всех цилиндров составляет так называемый объем двигателя.

Поршень может находиться в верхней точке цилиндра (верхняя мертвая точка), нижней (нижняя мертвая точка) или перемещаться между ними.

В первом такте открывается впускной клапан и поршень опускается. Таким образом, цилиндр наполняется либо смесью топлива и воздуха, либо только воздухом (для дизельного мотора).

Во втором такте поршень идет вверх, сжимая содержимое и параллельно увеличивая его давление и температуру. В конце такта свеча зажигания создает искру, в результате чего происходит детонация топливной смеси в бензиновом двигателе. В дизельном же свеча не используется, а топливо подается в последний момент такта, которое возгорается за счет высокого давления и температуры воздуха.

В третьем и основном такте работы мотора высвобождаемая от взрыва энергия двигает поршень вниз. Именно в этот момент создается сила, которая заставляет коленчатый вал вращаться, а от него вращается и маховик двигателя.

На четвертом такте поршень поднимается к верхней мертвой точке при открытом выпускном клапане. При этом удаляются отработанные газы. Далее цикл из четырех тактов повторяется.

Если в двигателе используется несколько цилиндров, движение их поршней управляется газораспределительным механизмом таким образом, чтобы цилиндры одновременно находились на разных тактах. Систем управления газораспределением существует несколько − от механических распредвалов до электронных процессоров.

Все движимые детали обязательно должны охлаждаться и смазываться. Температура в момент детонации достигает нескольких тысяч градусов. Охлаждение, как правило, производится с помощью жидкости, которая отбирает тепло у деталей двигателя. Далее жидкость сама должна охладиться и снова вернуться в мотор. Превышение допустимых температур может привести к практически моментальному разрушению силовой установки.

В легковых автомобилях количество оборотов коленвала может достигать восьми тысяч в минуту. Для минимизации механического износа система смазки должна работать идеально. Поэтому важно следить за уровнем моторного масла и работоспособностью масляного насоса. Системы смазки и охлаждения могут страдать из-за загрязнения, что ведет к сужению или перекрытию каналов движения жидкостей.

Как работает двигатель?

ТЕХНОЛОГИИ — Изобретения

Задумывались ли вы когда-нибудь…

  • Как работает двигатель?
  • Что такое внутреннее сгорание?
  • Каковы четыре фазы цикла сгорания?
Метки:

См. все метки

  • каталитический нейтрализатор,
  • сгорание,
  • сжатие,
  • двигатель

  • ,
  • выхлоп,
  • взрыв,
  • топливо,
  • впуск,
  • глушитель

  • ,
  • поршень,
  • Клапан

  • ,
  • Наука,
  • Технология,
  • Транспорт,
  • Автомобиль,
  • Капюшон,
  • Бензин,
  • Движение,
  • Газ,
  • Внутреннее сгорание,
  • Сила,
  • Энергия,
  • Цикл,
  • Четырехтактный,
  • Воздух,
  • Свеча зажигания,
  • Катализатор,
  • Горение,
  • Сжатие,
  • Двигатель,
  • Выхлоп,
  • Взрыв,
  • Топливо,
  • Впуск,
  • Глушитель,
  • Поршень,
  • Клапан,
  • Наука,
  • Технология,
  • Транспорт,
  • Автомобиль,
  • Капюшон,
  • Бензин,
  • Движение,
  • Газ,
  • Внутреннее сгорание,
  • Сила,
  • Энергия,
  • Цикл,
  • Четырехтактный,
  • Воздух,
  • Свеча зажигания

Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Эдди. Эдди Уондерс , « как работает двигатель на автомобиле » Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Эдди!

Вы уже знаете, что завести машину так же просто, как повернуть ключ, но задумывались ли вы когда-нибудь, что на самом деле происходит под капотом?

Когда вашему телу нужно топливо, вы кормите его едой. Когда вашему автомобилю нужно топливо, вы «кормите» его бензином. Точно так же, как ваше тело преобразует пищу в энергию, автомобильный двигатель преобразует газ в движение. Некоторые новые автомобили, известные как гибриды, также используют электричество от аккумуляторов для приведения в движение транспортного средства.

Процесс преобразования бензина в движение называется «внутренним сгоранием».Двигатели внутреннего сгорания используют небольшие контролируемые взрывы для выработки энергии, необходимой для перемещения вашего автомобиля во все места, которые ему нужно проехать.

Если вы создадите взрыв в маленьком замкнутом пространстве, например, в поршне двигателя, высвобождается огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Типичный автомобильный двигатель производит такие взрывы сотни раз в минуту. Двигатель использует энергию и использует ее для движения вашего автомобиля.

Взрывы заставляют двигаться поршни в двигателе. Когда энергия первого взрыва почти иссякает, происходит еще один взрыв. Это заставляет поршни двигаться снова. Цикл повторяется снова и снова, давая автомобилю мощность, необходимую для движения.

Автомобильные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания. Четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Удары повторяются снова и снова, генерируя энергию. Давайте подробнее рассмотрим, что происходит во время каждой фазы цикла сгорания.

Впуск: Во время цикла впуска впускной клапан открывается, и поршень движется вниз. Цикл начинается с подачи воздуха и газа в двигатель.

Сжатие: Когда начинается цикл сжатия, поршень движется вверх и выталкивает воздух и газ в меньшее пространство. Меньшее пространство означает более мощный взрыв.

Возгорание: Затем свеча зажигания создает искру, которая воспламеняет и взрывает газ. Сила взрыва заставляет поршень опуститься.

Выхлоп: В последней части цикла выпускной клапан открывается для выпуска отработанного газа, образовавшегося в результате взрыва. Этот газ перемещается в каталитический нейтрализатор, где очищается, а затем проходит через глушитель, прежде чем выйти из автомобиля через выхлопную трубу.

Интересно, что дальше?

Подумайте дважды, прежде чем плавать с завтрашним чудом дня!

Попробуй

Накрутил мотор? Обязательно изучите следующие виды деятельности с другом или членом семьи:

  • Знаете ли вы, из каких частей состоит автомобиль? Перейти онлайн, чтобы проверить анатомию автомобиля. Узнайте больше о частях автомобиля и о том, что они делают. Можете ли вы определить каждую деталь вашего семейного автомобиля?
  • Если вы действительно хотите узнать больше о двигателях, попросите взрослого друга или члена семьи открыть капот семейного автомобиля, чтобы вы могли поближе рассмотреть двигатель. Вы можете себе представить, сколько деталей в современном двигателе? Если возможно, сравните двигатель вашего семейного автомобиля с двигателем другого типа, например, с двигателем газонокосилки.
  • Благодаря современным технологиям двигатели меняются, чтобы поддерживать несколько источников топлива. Какими будут двигатели, когда вы станете достаточно взрослыми, чтобы водить машину? Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с онлайн-мероприятием NOVA Car of the Future. Как вы думаете, гибрид или электромобиль в вашем будущем? Почему или почему нет?

Wonder Sources

  • http://auto.howstuffworks.com/engine1.htm
  • http://www.wisegeek.com/how-does-a-car-engine-work.htm

Ты понял?

Проверьте свои знания

Wonder Contributors

Благодарим:

Чез, Каден, Элизабет, Елена и Кристал
за вопросы по сегодняшней теме Wonder!

Удивляйтесь вместе с нами!

Что вас интересует?

Wonder Words

  • сжигание
  • топливо
  • взрыв
  • генерирует
  • в комплекте
  • поршень
  • жгут
  • двигать
  • ход
  • впуск
  • сжатие
  • выхлоп
  • клапан
  • глушитель
  • выхлопная труба
  • ключ
  • капот
  • движение

Примите участие в конкурсе Wonder Word

Оцените это чудо
Поделись этим чудом

×

ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО

Подпишитесь на Wonderopolis и получайте
Wonder of the Day® по электронной почте или SMS

Присоединяйтесь к Buzz

Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции. Узнай первым!

Поделитесь со всем миром

Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.

Поделиться Wonderopolis
Wonderopolis Widget

Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.

Добавить виджет

Ты понял!

Продолжить

Не совсем!

Попробуйте еще раз

Как работают автомобильные двигатели | Артикул

Окунитесь во взрывоопасный мир четырехтактного двигателя

Приблизительно один миллиард автомобилей на дорогах используют для передвижения бензин. И хотя основные принципы работы двигателей внутреннего сгорания, на которые они опираются, не претерпели кардинальных изменений в течение почти 150 лет, в наших автомобилях используется удивительный уровень химии.

Источник: © X-RAY Pictures/Shutterstock

Слова «автомобиль» и «взрыв» несовместимы. Но именно поршневые взрывы в двигателе внутреннего сгорания заставляют ваш автомобиль двигаться

В большинстве автомобилей используется четырехтактный двигатель, разработанный Николаусом Отто в 1861 году. Этот двигатель имеет ряд отверстий, называемых цилиндрами, с поршнем внутри. Когда поршень опускается, он втягивает воздух и бензин, смесь углеводородов и присадок для защиты двигателя. Затем поршень движется вверх, сжимая смесь и создавая идеальное сочетание температуры – до 2500°C – и давления. Как только поршень достигает своего верхнего положения, создается искра.

Теперь у нас есть ключевые ингредиенты для горения – кислород, топливо и тепло – которые вызывают взрыв, который снова опускает поршень. На обратном пути поршень выдавливает продукты сгорания в виде выхлопных газов и возвращается в исходное положение, чтобы цикл начался снова. Прикрепив нижнюю часть поршня к коленчатому валу, взрывы, создаваемые каждым цилиндром, приводят автомобиль в движение. Весь процесс происходит быстро: кривошип болида Формулы-1 вращается со скоростью около 15 000 оборотов в минуту, что составляет примерно 50 000 взрывов в двигателе на каждом круге.

Загадка возгорания

Однако с этой установкой связано много проблем. Во-первых, это невероятно неэффективно. Хотя углеводороды содержат много химической энергии, большая ее часть теряется в виде тепла, а не для питания автомобиля. Даже самый эффективный двигатель внутреннего сгорания может работать только с тепловым КПД 50%. Также трудно получить точный баланс топлива и воздуха в двигателе, чтобы обеспечить полное сгорание. Слишком мало воздуха означает, что топливо «богатое» и более мощное, но расточительное. Слишком много воздуха и «обедненное» топливо, которое производит меньше энергии и заставляет двигатель гореть сильнее.

Мир переходит на электромобили, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, которые имеют гораздо более высокий КПД (до 90%) и практически не выбрасывают вредных веществ

Взрывы тоже могут быть проблемой. Ранние бензиновые двигатели часто имели проблему «детонации», когда небольшие воздушные карманы в цилиндре воспламенялись сами по себе, а не поршень, толкаемый гладкой стеной пламени. Эту проблему решил химик Томас Мидгли-младший, который предложил добавлять в бензин тетраэтилсвинец. Если бы образовался карман, вместо того, чтобы прервать цикл, он просто образовал бы небольшие комочки свинца или газообразного оксида свинца, которые можно было бы вытолкнуть с выхлопом. К сожалению, свинец токсичен для человека, что приводит к повреждению головного мозга, а его выделение с выхлопными газами автомобилей оказалось смертельным. Сегодня этилированный бензин запрещен во всем мире, а проблемы с детонацией решаются другими способами.

Истощающее загрязнение

Еще есть отработанный газ. Неполное сгорание в двигателе приводит к выхлопу, содержащему углеводороды, двуокись углерода (CO 2 ), окись углерода (CO) и смесь оксидов азота (NO x ), которые могут вызывать кислотные дожди.