Блок двигателя и объем двигателя
Как и предполагалось во вступлении, прежде чем понять, как на практике двигатель преобразует топливо, будь то дизельное или бензиновое, в движение, давайте проанализируем основные элементы, из которых состоит двигатель внутреннего сгорания. Блок цилиндров представляет собой самую массивную и прочную часть того, что находится под каждым капотом. В основании этого «коробки», изготовленной из чугуна или алюминия, есть заметные цилиндрические отверстия, в которых находятся поршни. Последние могут свободно двигаться вверх и вниз, точнее, совершать возвратно-поступательные движения, благодаря химическим процессам сгорания, которые мы обсудим позже. Но что регулирует движение поршней внутри так называемой камеры сгорания?
Давайте начнём с некоторых основных определений. Когда вы слышите о V6, V8 или V12, это означает количество цилиндров внутри блока двигателя. Таким образом, если мы проанализируем 4-цилиндровый двигатель, один из самых распространённых в обычных автомобилях, то столкнёмся с четырьмя отверстиями и четырьмя движущимися поршнями. Рабочий объём — это размер в литрах или см3 цилиндрических отверстий, в которых находятся поршни. Если быть точным, это объём, который поршень проходит внутри цилиндра за один ход, но мы ограничимся анализом основных понятий. Таким образом, четырёхцилиндровый двигатель объёмом 1000 см3, соответствующий 1 литру, будет иметь в каждом цилиндре примерно ¼ литра, что эквивалентно стакану воды, взрывчатой смеси воздуха и топлива.
Для простоты рассмотрим один поршень. В верхней части цилиндра есть два отверстия: одно, через которое поступает топливно-воздушная смесь, и другое, через которое выходят отработавшие газы в конце термодинамического цикла. Здесь находятся клапаны, механические элементы, способные закрывать и открывать эти отверстия в нужный момент. В камере сгорания четырёхтактного двигателя происходят фазы впуска, сжатия, расширения и выпуска. Именно на первом и последнем этапах клапаны, соответственно впускной и выпускной, открываются и закрываются, позволяя смеси поступать в двигатель, а выхлопным газам выходить. Такие методы, как регулировка угла опережения зажигания, позволяют оптимизировать все процессы. аккумулятор ДНР
Распределительный вал и клапаны
Вы хорошо понимаете, что настроить эти различные фазы для всех имеющихся цилиндров совсем непросто. Эта магия, в дополнение к электронной настройке, регулируется распределительным валом: длинным цилиндром, который проходит вдоль всей головки двигателя и механически «тянет» и толкает клапаны, чтобы открывать и закрывать впускные и выпускные отверстия в нужный момент. Вращение этого вала, небольшого по сравнению с коленчатым валом, о котором мы поговорим позже, обеспечивается ремнём. Распределительный вал приводится во вращение этим компонентом, который использует постоянное вращение самого двигателя.
Звучит сложно, но подумайте об этом так: цель двигателя — вращать колёса. Поршни создают возвратно-поступательное движение («вверх-вниз»), которое с помощью соответствующей кинематики (сложное слово для определения механических элементов в движении) преобразуется во вращение «колеса» (маховика). Это колесо соединено с приводным валом, который, вращаясь, передаёт движение колёсам через всю трансмиссию, о которой мы не будем говорить в этой статье.
Часть вращения «крадётся» у движения колёс, чтобы заставить распределительный вал вращаться вправо с помощью ремня, цепи или набора шестерёнок. Теперь вы знаете, как наш двигатель, после того как было создано «вертикальное» движение, передаёт вращение коленчатому валу и в то же время открывает и закрывает клапаны, которые регулируют впуск и выпуск смеси и выхлопных газов.
Тепловая часть: как создается движение
С механической точки зрения двигатель внутреннего сгорания должен быть хорошо спроектирован с точки зрения размеров (геометрии) и прочности компонентов: каждый элемент должен работать слаженно. Но как обеспечивается возвратно-поступательное движение поршня? Вопрос, который всегда отчасти является механическим с точки зрения физического перемещения этого компонента, рассматривается далее с энергетической точки зрения. Каждый цилиндр способен вместить точное количество топливно-воздушной смеси и буквально заставить её взорваться сразу после фазы сжатия. Движение поршня обеспечивается именно этим взрывом, который, расширяя смесь, создаёт давление на головку самого поршня, толкая его вниз.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: В чём разница между дизельным и бензиновым двигателем? | Авто для начинающих
В случае бензинового двигателя взрыв происходит от свечей, небольших и прочных компонентов, способных вызывать искру и воспламенять смесь. Что касается дизельного двигателя, то взрыв происходит за счет сжатия внутри камеры сгорания. Для получения более подробной информации об этом мы отсылаем вас к предыдущей статье «Авто для чайников». Точно так же, как порох загоняет пулю в ствол пистолета, так и взрыв топлива толкает поршень вниз. Но как он тогда возвращается в «исходное положение»? Здесь в игру вступают немного механики и предусмотрительности шатунно-кривошипный механизм (кинематика).