Как работает двигатель внутреннего сгорания для детей

2. Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — распространённый вид теплового двигателя, который работает на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или горючем газе.

Двигатель состоит из цилиндра , в котором перемещается поршень \(3\) , соединённый при помощи шатуна \(4\) с коленчатым валом \(5\) .

Два клапана , впускной \(1\) и выпускной \(2\), при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты.

1. Клапан для подачи горючей смеси.
2. Клапан для удаления отработанных газов.
3. Цилиндр.
4. Шатун.
5. Коленчатый вал.
6. Свеча для воспламенения горючих газов в цилиндре \(3\).

Рис. \(1\). Устройство двигателя
Ход поршня — расстояние между мёртвыми точками, крайними положениями поршня в цилиндре.

Такие двигатели называют четырёхтактными , т. к. рабочий цикл происходит за четыре хода — или такта: впуск (а), сжатие (б), рабочий ход (в) и выпуск (г).

Рис. \(2\). Процесс работы двигателя
\(1\) такт ( впуск ) — поршень «всасывает» горючую смесь.

\(2\) такт ( сжатие ) — при сжатии температура смеси и давление повышаются.

\(3\) такт ( рабочий ход ) — рабочая смесь воспламеняется от электрической искры свечи зажигания (поршень под действием этого давления начинает перемещаться к нижней мёртвой точке, создавая крутящий момент).

\(4\) такт ( выпуск ) — выброс отработанных газов.

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, всё повторяется.

Для того чтобы вращение вала было более равномерным, двигатель обычно делают многоцилиндровым : \(2\)-, \(3\)-, \(4\)-, \(6\)-, \(8\)-цилиндровым и т. д.

Путешествие Капельки бензина или как работает двигатель внутреннего сгорания

Мама купила сегодня Илюше новою машинку. Красивую, большую! У нее даже капот открывается!
А под ним… До чего же много всяких штучек!
— Мам! А что это? — Илья ткнул пальцем в какую-то штуковину.
— Сына, да откуда же я знаю? Спроси у папы!
— Папа! Папа! Посмотри, какая у меня машина!
— Да… Очень хорошая! к тому же точная копия.
— А что это за штучки? — мальчишка открыл капот.
— Это мотор. Посмотри, тут и радиатор есть, и карбюратор, даже прерыватель… Все как в настоящей машине!
— Вот здорово. Пап, а расскажи, зачем эти железяки?
И папа стал рассказывать, а Илюша улегся на диване. Слова были непонятные, но интересные.
Голос папы сначала громкий, стал стихать, а потом и вообще пропал. Глазки мальчика закрылись…

***
Капелька бензина прыгнула в Бензобак вместе с другими, такими же, как и она. Их было много и им наскучило жить на заправочной станции, а потому они и решили покататься. А еще нашей Капельке очень хотелось знать, а как же собственно ездит автомобиль? Что его двигает?

В баке было темно, только откуда-то с трубки в потолке тонкой струйкой текли похожие на нее капельки. Но были они почему- то теплыми.
— Откуда вы? — спросила у них Капелька. — Где вы были?
— Мы путешествовали по Бензопроводу. — важно ответила одна из них — Доплывали аж до Карбюратора! А потом вернулись… Но не все! Некоторые из нас, самые смелые, пошли еще дальше…
— Я тоже хочу! Как туда попасть?
— Очень просто! Видишь трубку, опускающуюся с потолка почти до самого дна? Вот плыви к ней. И ныряй в отверстие, расположенное на ее!

Капелька послушалась и поплыла к трубочке. Но не успела она доплыть, как ее подхватило течение, поволокло и всосало в отверстие. Там было тесно, и двигаться приходилось быстро.

Наша путешественница поняла, что она как и другие капельки, плывет по трубе. Плыли долго, и в конце концов попали в большое круглое помещение. Там их стало протягивать сквозь листочки бумаги, в которой было много очень маленьких отверстий. Капельки легко проскакивали через них, а вот соринки, плывущие с ними, останавливались, застревали или опускались на дно помещения.
— Где это мы?-спросила Капелька другую, плывущую рядом.

— Это Фильтр — ответила она. — Я здесь уже была…

И пока они разговаривали, опять оказались в какой-то трубке. По ней плыли недолго и вдруг попали в большую комнату, пол которой то опускался, а то подымался до самого потолка.

Капелька заметила, что когда пол опускается, то поток втягивает их из одного отверстия, а когда подымается до потолка, то выдавливает в совсем другое.

— А это что? — Спросила она у своей новой знакомой.
— Это Насос! Ты думаешь это пол? Вовсе нет! Это диафрагма! Она всегда так двигается, а вон те круглые двери — клапана. Они не пускают нас обратно в Бензобак!
— Ой… А как же мы туда попадем?
— Очень просто! По обратному трубопроводу! Те из нас, которые не попадают в Карбюратор, возвращаются назад в Бензобак!
— Вот здорово! И так можно плавать всегда?
— А это как повезет — улыбнулась соседка.

А тем временем их вынесло к развилке.
— Вот — сказала бывалая капелька — здесь если поплывешь прямо, вернешься в Бензобак, а если повернешь налево, то попадешь в Карбюратор!
— Я хочу налево! – воскликнула любознательная Капелька.
— Ну, как знаешь…

И бывалая капелька поплыла прямо, а наша Капелька повернула налево. Тут движение замедлилось. И было видно, что какая-то дверь то открывается, то закрывается.

— Что это? Почему меня не пускают?
— Это игла. Она смотрит, что бы нас не заходило слишком много.- ответил кто-то со стороны.
Капелька стала в очередь, и через какое-то время проскочила в узкую дверь, оказавшись в большом бассейне. Где-то высоко, на его поверхности, плавало что-то большое. Оно то опускалось, и тогда игла открывала проход, то подымалось, тогда дверь закрывалась…
— А это что? — Капелька не стеснялась быть любознательной. И ей с удовольствием отвечали.
— Это поплавок. Он командует иглой!
— Как интересно! А что дальше?
— Дальше? Видишь узенький проход? Он называется жиклер. Те из нас, кто проходит через него, назад уже не возвращаются!
— Страшно…- Капелька задумалась. — Но так хочется знать, что происходит дальше!

Сказав это, она поплыла прямо к жиклеру. Протиснулась через его отверстие… И вдруг ее подхватил бешеный вихрь. Поток воздуха был настолько сильным, что у Капельки закружилась голова!
Она и другие капельки смешались и воздухом и помчались по высокому туннелю. Впереди открывалась круглая дверь. Капелька уже знала, что это клапан, но был он не таким как в насосе, а толстым, железным…

Как и в насосе, пол в помещении за клапаном тоже опускался, но был он совсем другим.
— Это тебе не диафрагма! Это поршень! — прокричала пролетающая мимо другая капелька…

Вдруг поршень стал подыматься. Они сильно сжал воздух с капельками бензина… И когда терпеть стало совсем невмочь, где-то вверху вдруг сверкнула молния…

Капельки вспыхнули и превратились в голубые облачка. Они сильно нажали на поршень, и тот пошел вниз. Открылся другой клапан, и облачка стали выходить через него, но облачко, в которое превратилась наша Капелька, протиснулась сквозь щелочку между поршнем и стенкой помещения, которое называется цилиндр, и попало… Ох… Даже рассказать трудно, куда оно попало.

В огромном помещении, через всю длину которого походил постоянно крутящийся вал, все было забрызгано какой-то жидкостью. Наше Облачко смешалось с ней, конденсировалось, и снова стало Капелькой, но уже не бензиновой. Жидкость была скользкая, и капелька стала скользкой, хотя, что-то от бензина в ней осталось.

— Кто вы? — спросила Капелька, других капелек, этого скользкого вещества.
— Мы масло! — гордо ответила одна из них. — Мы очень полезные, потому, что смазываем все трущиеся поверхности!
— А как вы это делаете?
— Очень просто! У нас есть свой Насос, который заставляет нас двигаться по маслопроводу. Есть и свой Фильтр, который очищает нас от соринок. И когда мы попадаем в места, где одни железяки трутся о другие, мы становимся между ними и не даем им нагреваться и прилипать друг к другу!
— Ой, как интересно! А что это за большая железяка, которая вертится?
— Это Коленчатый Вал! А кованые палки прикрученные к нему, называются Шатунами. Они-то и двигают Поршни…- капелька масла улыбнулась — То есть, если быть точными, то это поршни, толкая шатуны, заставляют вертеться Коленчатый Вал…
— Здорово! А скажите, вон там дальше крутится еще какой то вал. Он кто?
— Это Распределительный Вал…
— А кого он распределяет? И куда?
— Он своими кулачками толкает длинные штанги-толкатели, которые жмут на коромысла, а те в свою очередь открывают и закрывают клапана…
— Да… Очень интересно! Так кто же самый главный тут?

Капелька масла снова рассмеялась:
— Да все тут главные! Если хоть кто-то сломается, Мотор работать не будет!
— А Мотор это кто?
— Мотор, это все что ты видишь вокруг себя, и еще то, чего ты не видишь, но оно есть и работает!
— А разве есть еще что-то?
— О, конечно! Есть еще Радиатор, где живут капельки антифриза. У них тоже есть свой Насос, который называют Помпой. Антифриз охлаждает цилиндры, чтобы они не перегревались.
— Понятно! А что за молния была в цилиндре?
— Это Искра. Она проскакивает между электродами Свечи.
— А откуда она берется?
— Ее вырабатывает Банина. Это такой трансформатор высокого напряжения. А помогает ей Прерыватель-Распределитель. Он и распределяет Искру по цилиндрам…
— А что еще есть?
— Ну, например, Маховик. Он делает так, чтобы Коленчатый Вал вертелся равномерно, без рывков. А на нем крепится Сцепление. Только это уже не Мотор, а Трансмиссия. Про нее мы мало знаем. Вот разве только то, что с ее помощью верчение Коленчатого Вала передается к колесам…
— Да… здорово… А что же я теперь буду делать?
— Ну ты уже почти наша! Давай вместе будем смазывать мотор!
— Хорошо. А в Бензобак я уже не попаду?
— Увы…- капля масла вздохнула. — Не вернешься. Но сама подумай, что там интересного? Другое дело здесь.
— Это правда, но я просто хотела рассказать другим капелькам о том, что знаю.
— А зачем? Они сами все увидят! Так даже интереснее!

Так капелька бензина, подружилась в капельками масла и стала одной из них. Она до сих пор живет и работает в моторе. Днем все они смазывают трущиеся детали, а ночью, когда Мотор отдыхает, собираются и рассказывают интересные истории про устройство Двигателя Внутреннего Сгорания.

***
— Ты меня слушаешь или спишь?- неожиданно услышал Илюша. Он открыл глаза. Папа сидел рядом и улыбался.
— Я видел замечательный сон. Я путешествовал вместе с Капелькой бензина, и теперь я точно знаю, как работает двигатель машины!
И Илюша пересказал папе свой сон, поделившись с ним всем тем, что услышал во сне.

Шаг 2. Устройство двигателя. Как работает двигатель?

Молодцы ребята! Вы освоили шаг № 1, где вы узнали о б общем устройстве автомобиля. Теперь мы переходим к шагу №2, а именно к изучению отдельных агрегатов автомобиля.

Мы теперь понимаем, что автомобиль состоит из тысячи мелких деталей. Устройство автомобиля можно даже сравнить со строением человека : двигатель это сердце автомобиля, ходовая часть автомобиля это ноги, трансмиссия это опорно двигательный аппарат, кузов это туловище, система питания это желудок. Так можно сравнивать долго, а мы хотим узнать, как же устроен двигатель автомобиля.

Как человек не может существовать без отдельных своих органов, таких как сердце, печень, почки, так и автомобиль не может без своих агрегатов, механизмов, систем и деталей. Каждый орган выполняет свою функцию, обеспечивая оптимальную работу автомобиля.

Двигатель – это энергосиловая машина, которая преобразует тепловую энергию в механическую работу.

Объясняем : В цилиндр двигателя (из топливного бака, куда заправляем топливо) поступает бензин. Топливо воспламеняется и сгорает в цилиндре, вследствие чего выделяется огромное количество теплоты. Теплота действует на детали двигателя и заставляет их работать.

Какие двигатели бывают?

Двигатели могут устанавливаться не только на автомобили, но и на промышленных предприятиях, для выполнения каких либо работ. Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, называются транспортными.

Двигатели, которые используются на промышленном производстве, называются стационарными.

Непрерывная работа двигателя обеспечивается благодаря повторяющимся процессам в цилиндре, которые проходят в определенной последовательности.

Все процессы в двигателе, которые происходят во время его работы, называют рабочим циклом. По способу осуществления рабочего цикла двигатели разделяются на : двухтактные и четырехтактные.

Для сгорания топлива необходимо смешать его с воздухом в определенной пропорции. По способу смесеобразования двигатели бывают карбюраторные, дизельные и инжекторные.

Зачем смешивать топливо с воздухом, спросите вы?

Что такое вечный двигатель?

Вечный двигатель – это устройство, которое работает бесконечно, без топлива и энергии.

Давайте вспомним, что нужно для горения? Если вы хорошо учили химию, тогда вы должны помнить, что для реакции горения необходим кислород. Второе, что нам нужно это источник тепла : огонь или искра. Если еще дровишек подкинете, то будет замечательный костер, который мы так любим делать, на пикнике.

В бензиновом двигателе в роли источника тепла выступает свеча зажигания (принудительное воспламенение). В дизельном двигателе процесс воспламенения происходит от сжатия (самовоспламенение).

На каком топливе работает двигатель? В двигателе в качестве «дровишек», в отличие от костра, используется топливо. Карбюраторные и инжекторные двигатели работают на бензине. Дизельные двигатели работают на дизельном топливе. Есть еще двигатели, работающие на газу.

Еще, двигатели классифицируются по числу цилиндров (одно и много — цилиндровые) и их расположению ( V- образные, одно рядные), способу наполнения цилиндром свежим зарядом (без наддува, с наддувом) и охлаждению (жидкостное и воздушное).

Устройство простейшего двигателя

Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и систем, которые выполняют разные функции, но имеют общую цель – надежная и стабильная работа двигателя.

В цилиндре двигателя находится поршень 8 с поршневыми кольцами 9, соединенный с коленчатым валом 10 при помощи шатуна 2.

Поршень 8 двигается вверх-вниз, вращая коленчатый вал 10, который в свою очередь с помощью приводного ремня передает вращательное движение распределительному валу 6. На распределительном валу есть, кулачок, который при вращении нажимает на рычаг коромысла, в это время вторая часть коромысла открывает или закрывает впускной 4 или выпускной 7 клапаны.

Во время движения поршня вверх, горючая смесь сжимается, в это время свеча зажигания подает искру, сжатая смесь топлива и воздуха в цилиндре воспламеняется и сгорает, выделяется огромное количество газов с высокой температуры и давления и давят на поршень, опуская его вниз. Поршень через шатун вращает коленчатый вал. Таким образом, возвратно-поступательное движение поршня шатуна (вверх-вниз) преобразуется во вращательный момент коленчатого вала.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливаются в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи частей, принцип его работы весьма прост. В рамках данной статьи мы рассмотрим устройство и принцип работы ДВС.

Внизу страницы смотрите видео, на котором наглядно показано устройство и принцип работы бензинового ДВС.

В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

В подавляющем большинстве легковых автомобилей устанавливают четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, поэтому мы и берём его за основу. Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового ДВС, предлагаем вам взглянуть на рисунок:

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Топливно-воздушная смесь, попадая через впускной клапан в камеру сгорания (такт первый – впуск), сжимается (такт второй – сжатие) и воспламеняется от искры свечи зажигания. При сжигании топлива, под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное давление, заставляющее поршень двигаться вниз к так называемой нижней мертвой точке (НМТ), совершая при этом такт третий – рабочий ход. Перемещаясь во время рабочего хода вниз, с помощью шатуна, поршень приводит во вращение коленчатый вал. Затем, перемещаясь от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) поршень выталкивает отработанные газы через выпускной клапан в выхлопную систему автомобиля – это четвертый такт (выпуск) работы двигателя внутреннего сгорания.

Давайте ещё раз повторим определения, а затем посмотрим это видео.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом , в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.

1. Такт первый — ВПУСК. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом возникает разряжение и полость цилиндра ДВС заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Смесь, попадая в камеру сгорания, смешивается с остатками отработавших газов. В конце впуска давление в цилиндре составляет 0,07–0,095 МПа, а температура 80-120 ºС.
2. Такт второй – СЖАТИЕ. Поршень движется к ВМТ, оба клапана закрыты, рабочая смесь в цилиндре сжимается, а сжатие сопровождается повышением давления (1,2–1,7 МПа) и температуры (300-400 ºС).
3. Такт третий – РАСШИРЕНИЕ. При воспламенении рабочей смеси в цилиндре ДВС выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура (до 2500 градусов по Цельсию). Под давлением поршень перемещается к НМТ. Давление равно 4–6 МПа.
4. Такт четвертый – ВЫПУСК. Поршень стремится к ВМТ через открытый выпускной клапан, отработавшие газы выталкиваются в выпускной трубопровод, а затем в окружающую среду. Давление в конце цикла: 0,1–0,12 МПа, температура 600-900 ºС.

И так, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания устроен не очень сложно. Как говорится, все гениальное – просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, на котором также очень хорошо показан принцип работы ДВС.