Бензиновый двигатель автомобиля предназначен для преобразования бензина в энергию для движения автомобиля. Самым простым способом такого преобразования является сжигание бензина в двигателе. Поэтому такие двигатели получили название двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Существует несколько типов ДВС. В качестве примера можно привести дизельные и бензиновые двигатели, обладающие своими достоинствами и недостатками.
Паровой двигатель на старых поездах и пароходах представляет собой двигатель внешнего сгорания. Топливо (уголь, дрова, масло и т. д.) сгорает снаружи двигателя и нагревает воду, а образуемый при этом пар преобразуется в энергию внутри двигателя.
По сравнению с внешним сгоранием процесс внутреннего сгорания обладает двумя основными преимуществами: он отличается большим КПД, т. е. ему необходимо меньше топлива, и для его реализации требуется двигатель меньшего размера.
Пушку времен войны за независимость в Америке 1775‑1783 гг. можно считать примером устройства, в котором происходит процесс внутреннего сгорания. Солдаты заряжали пушку порохом и ядром, а затем поджигали фитиль. Образуемые в результате сгорания пороха тепло и газы выталкивали ядро из ствола пушки с очень высокой скоростью.
Другими словами, в пушке использовался основной принцип, стоящий за возвратно-поступательным движением поршня в ДВС. При сгорании незначительного количества высококалорийного топлива, например бензина, в небольшом замкнутом пространстве образуется энергия в виде расширяющегося потока газа.
тактный рабочий цикл
Поршень
Коленчатый вал
A-B: такт впуска
Объем
D-E: такт выпуска
B-C: такт сжатия
C-D: рабочий такт
2. Такт сжатия
1. Такт впуска
3. Воспламенение/ рабочий такт
4. Такт выпуска
Двигатели с возвратно-поступательным движением поршня делятся на два типа: двух- и четырехтактные. ДВС работают по следующему принципу: смесь топлива и воздуха поступает в цилиндр и сгорает, образуемая энергия вызывает возвратно-поступательное движение поршня, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Почти на все автомобили в настоящее время устанавливаются 4‑тактные ДВС. Четырехтактный рабочий цикл был изобретен Николаусом Отто в 1867 г., поэтому его также называют циклом Отто. Вертикальная ось на графике обозначает давление в камере сгорания, горизонтальная — объем камеры сгорания.
Четыре такта:
1. Такт впуска (А-В)
Поршень движется сверху вниз, впускной клапан открыт. В бензиновых двигателях в цилиндры поступает смесь воздуха и бензина, в дизельных — только воздух.
2. Такт сжатия (В-С)
Поршень движется вверх и сжимает топливовоздушную смесь, что приводит к увеличению давления и температуры. В результате повышения температуры воздуха топливо начинает испаряться. Степень сжатия в бензиновых двигателя составляет 10, в дизельных — 25.
Коленчатый вал
Поршень
A-B: такт впуска
Объем
D-E: такт выпуска
B-C: такт сжатия
C-D: рабочий такт
2. Такт сжатия
1. Такт впуска
3. Воспламенение/ рабочий такт
4. Такт выпуска
3. Воспламенение/рабочий такт (C-D)
Поршень достигает наивысшей точки своего движения или верхней мертвой точки (ВМТ). В бензиновых двигателях смесь воспламеняется образуемой свечой зажигания электрической искрой. В дизельных двигателях топливо впрыскивается в камеру сгорания, когда поршень доходит практически до ВМТ, а смесь воспламеняется в результате образуемого при сжатии тепла. Смесь не может сгореть мгновенно при воспламенении. Следовательно, давление в камере сгорания поднимается до максимального значения только через определенный промежуток времени после воспламенения. Топливовоздушная смесь взрывается и толкает поршень вниз.
4. Такт выпуска (D-E)
Достигнув низшей точки своего движения или нижней мертвой точки (НМТ), поршень начинает движение вверх. Открывается выпускной клапан, и отработавшие газы отводятся в выпускной трубопровод.
Цикл закончен, и начинается впуск свежего заряда топлива и воздуха.
