Двигатель внутреннего сгорания является сердцем автомобиля с бензиновым двигателем. Его работа основана на циклических процессах, включающих впуск воздуха и топлива, их сжатие, зажигание и сгорание, а также выпуск отработанных газов. Эти процессы происходят в цилиндрах двигателя и приводят к преобразованию химической энергии топлива в механическую энергию, вращающую коленчатый вал.
Впуск воздуха и топлива
Первый этап рабочего цикла двигателя ‒ впуск воздуха и топлива. Он происходит во время такта впуска, когда поршень движется вниз по цилиндру. Впускной клапан открывается, и в цилиндр поступает смесь воздуха и топлива из впускного коллектора. Воздух необходим для сгорания топлива, а топливо обеспечивает энергию для работы двигателя.
В современных автомобилях используется система впрыска топлива, которая позволяет более точно дозировать подачу топлива в каждый цилиндр. Топливные форсунки впрыскивают топливо непосредственно в цилиндры под высоким давлением, что обеспечивает более эффективное смесеобразование и сгорание.
Состав топливовоздушной смеси должен быть строго определенным. Оптимальное соотношение воздуха и топлива составляет около 14,7⁚Если смесь слишком богатая (то есть содержит слишком много топлива), она будет сгорать не полностью, что приведет к потере мощности и увеличению выбросов. Если смесь слишком бедная (то есть содержит слишком много воздуха), она будет сгорать слишком быстро, что может привести к детонации (неконтролируемому сгоранию) и повреждению двигателя.
Впуск воздуха и топлива ‒ это важный этап рабочего цикла двигателя, который обеспечивает подачу необходимых компонентов для сгорания и дальнейшего преобразования химической энергии топлива в механическую энергию.
Сжатие смеси
После того, как смесь воздуха и топлива поступила в цилиндр, происходит такт сжатия. Поршень начинает двигаться вверх по цилиндру, сжимая смесь. Впускной и выпускной клапаны закрыты, поэтому смесь не может выйти из цилиндра.
Сжатие смеси необходимо для повышения ее температуры и давления. Это создает более благоприятные условия для воспламенения смеси и обеспечения эффективного сгорания.
Степень сжатия ‒ это соотношение объема цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ), к объему цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). Степень сжатия современных бензиновых двигателей обычно составляет от 9⁚1 до 12⁚1.
Чем выше степень сжатия, тем выше эффективность двигателя. Однако слишком высокая степень сжатия может привести к детонации, поэтому необходимо найти оптимальный баланс между эффективностью и надежностью двигателя.
Сжатие смеси — это важный этап рабочего цикла двигателя, который повышает температуру и давление смеси, подготавливая ее к зажиганию и сгоранию.
Зажигание и сгорание
Следующим этапом рабочего цикла двигателя являеться зажигание и сгорание смеси. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке (ВМТ) в конце такта сжатия, свеча зажигания генерирует искру, которая воспламеняет смесь воздуха и топлива.
Воспламенение смеси приводит к ее быстрому сгоранию, в результате чего резко возрастает температура и давление в цилиндре. Расширяющиеся газы толкают поршень вниз, совершая рабочий ход.
Для эффективного сгорания необходимо обеспечить правильное соотношение воздуха и топлива в смеси. Оптимальное соотношение составляет около 14,7⁚1, что соответствует стехиометрической смеси. Однако на практике двигатели часто работают с обедненными или обогащенными смесями в зависимости от условий эксплуатации.
Зажигание смеси должно происходить в точно определенный момент, чтобы обеспечить максимальную эффективность и снизить выбросы вредных веществ. Угол опережения зажигания регулируется электронным блоком управления (ЭБУ) двигателя в зависимости от оборотов двигателя, нагрузки и других параметров.
Сгорание смеси — это ключевой этап рабочего цикла двигателя, который преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию, приводящую в движение поршень.
Выпуск отработанных газов
После завершения рабочего хода поршень начинает двигаться вверх, выталкивая отработанные газы из цилиндра. Выпускной клапан открывается, и газы под давлением выходят из цилиндра через выпускной коллектор.
Выпуск отработанных газов является важным этапом рабочего цикла двигателя, поскольку он очищает цилиндр от продуктов сгорания и позволяет заново заполнить его свежей смесью воздуха и топлива для следующего цикла.
Эффективный выпуск отработанных газов имеет решающее значение для производительности и экологичности двигателя. Для этого используются различные системы, такие как выпускные клапаны с регулируемым подъемом и фазами газораспределения, а также системы рециркуляции отработавших газов (EGR).
Выпускные клапаны с регулируемым подъемом и фазами газораспределения позволяют оптимизировать поток отработанных газов на разных оборотах двигателя. Системы EGR направляют часть отработавших газов обратно во впускной коллектор, что снижает температуру сгорания и выбросы оксидов азота (NOx).
Эффективный выпуск отработанных газов также способствует снижению шума двигателя и улучшению топливной экономичности.