Двигател с вътрешно горене

  Повечето автомобили днес все още го имат под капака: двигателят с вътрешно горене (ДВГ). Как работи технологията на двигателя с вътрешно горене и как е конструирана? Какви са задачите, изпълнявани от буталата, какво е четиритактов двигател и каква е разликата между бензинови, бензинови и дизелови двигатели в детайли?

Устройство на двигателите с вътрешно горене

По принцип при всички двигатели с вътрешно горене горивото се впръсква в двигателното отделение и се изгаря. Под високо налягане там се запалва горивно-въздушна смес и преобразува енергията си в механична работа - буталото на двигателя се привежда в движение от разширението и предава това движение на задвижването на автомобила. Буталата седят в цилиндри и са разположени по различен начин в двигателя, например в така наречения Ванкелов двигател като ротационни бутала, под формата на възвратно-постъпателни бутала или звездовидни бутала. Повечето автомобили днес имат бутален двигател, който работи на четири такта. Структурата и функцията на четиритактовия бутален двигател са обяснени по-подробно по-долу. 

Какво се случва в двигателя с вътрешно горене?

➤ Четирите работни стъпки на двигателя се състоят от всмукване или пълнене, компресия или процес на сгъстяване, процес на горене и разширение и изпускане. Докато всмукването и компресията, както и работата и изпускането се случват паралелно в двутактов двигател, те работят поотделно в четиритактов двигател:

4-те фази на двигателя с вътрешно горене:

⚠ 1-ви такт: всмукване

Буталото се движи надолу (към т. нар. долна мъртва точка) и по този начин засмуква гориво и въздух в горивната камера през всмукателния клапан. Изключение: При така наречените двигатели с директно впръскване (TSI двигатели) горивото се впръсква директно в цилиндъра.

⚠ 2-ри такт: компресия

Всички клапани са затворени, буталото се движи нагоре и компресира сместа въздух-гориво. За да се постигне висока компресия, буталото е уплътнено към ръба на цилиндъра с бутални пръстени.

⚠ 3-ти такт: работа (горене и разширение)

Точно преди буталото да достигне горната част на цилиндъра (горната мъртва точка), компресираната смес се запалва. Колкото по-голяма е компресията, толкова по-ефективно гори сместа: тъй като генерираната експлозия изтласква буталото обратно надолу и предава мощността си към коляновия вал. Тяхното въртене генерира движението на колелата чрез зъбните колела. Оборотомерът в купето на автомобила показва колко пъти се върти коляновия вал в минута. И колкото по-висока е скоростта на двигателя, толкова по-висок е разходът на гориво - защото всеки път, когато буталата преминават през тях, горивото се впръсква в цилиндъра.

⚠ 4-ти такт: изпускане

При последния ход буталото отново се изстрелва нагоре и изтласква отработените газове през изпускателния клапан в изпускателната тръба. Докато двигателят работи, всичките четири цикъла се повтарят в този ред. Между другото, отварянето и затварянето на клапаните на цилиндрите също се поддържа от коляновия вал: той е свързан с разпределителния вал чрез ангренажна верига или зъбен ремък, който се върти точно с половината от скоростта на коляновия вал. По този начин клапаните се отварят и затварят веднъж във всеки от четирите цикъла.

Ото двигател, бензин и дизел – каква е разликата?
  Буталните двигатели, които работят със свещи в четиритактова система, се наричат ​​двигатели на Ото. Те се връщат към техния изобретател Николаус Ото през 1876 г. Бензиновият двигател изисква бензин за впръскване на въздух-гориво, а също и свещ, която запалва сместа в цилиндъра.

 При дизеловите двигатели, известни още като самозапалващи се, горивната смес се самозапалва в края на хода на компресия. Въздухът влиза през всмукателния клапан, загрява се значително от компресията на буталото и се запалва с помощта на отделно впръскваните дизелово гориво. Тук налягането на буталото създава много по-висока компресия и температура, отколкото при бензинов двигател. Следователно дизеловите двигатели имат по-масивна структура от бензиновите двигатели и са по-тежки.

Какви двигатели с вътрешно горене има?

 Повечето автомобили с двигатели с вътрешно горене днес имат четири цилиндъра, които обикновено са разположени един зад друг и затова се наричат ​​четирицилиндрови редови двигатели. Но има и други версии на двигателя с вътрешно горене на пазара, вариращи от едноцилиндровия във Fiat 500 до 16-цилиндровия, открит в Bugatti Chiron, например. Там цилиндрите могат да бъдат монтирани или във V-образна форма, в ред или като „боксер“ един срещу друг. Тези конструкции се прилагат еднакво за бензинови и дизелови задвижвания, като днес особено мощните двигатели с вътрешно горене се изграждат почти изключително като бензинови двигатели. По причини, свързани с разходите и емисиите, двигателите със запалване чрез компресия с шест или повече цилиндъра вече са нещо от миналото в производството на нови автомобили на производителите.

Кои двигатели с вътрешно горене са особено разпространени днес?

 В сегмента на средния клас предлагането и търсенето на двигатели с вътрешно горене днес са силно съсредоточени върху четири цилиндрови бензинови или дизелови двигатели с турбо асистент. В резултат на това много двигатели имат сравнително малък работен обем и работят ефективно, използвайки директно впръскване (например VW нарича този процес TSI на своите двигатели), при което горивото се впръсква директно в горивната камера, а не през всмукателния клапан.

Заключение

В обобщение може да се каже, че в двигателя с вътрешно горене буталата в цилиндрите се издигат и падат под въздействието на гориво и въздух и по този начин осигуряват задвижването на превозното средство. Мощните ходове на класическия четиритактов бутален двигател са разделени на фази всмукване, компресия, работа и изпускане. Докато бензиновите двигатели доставят бензин и горят гориво с помощта на свещи, дизеловият двигател се самозапалва поради по-високата компресия. Въпреки че електродвигателят отдавна е намерил своя път на пазара, по-голямата част от всички автомобили по нашите пътища днес все още използват технологията на двигателя с вътрешно горене.

Бонус - интересни факти:

✅1. Едноцилиндров двигател

Произведен от Карл Бенц през 1886 г., Benz Patent Motorwagen, за който се смята, че е първият автомобил в историята, включва 994 cc, едноцилиндров, четиритактов двигател, монтиран директно зад седалката.

Почти десетилетие по-късно, през 1894 г., Бенц произвежда 25 екземпляра от своя автомобил с мощност между 1,5 и 3 к.с. Имаше и версии с повече цилиндри (Тип II, Тип III...).

През годините едноцилиндровите двигатели се използват предимно в много евтини малки и градски автомобили. 

Едноцилиндровите двигатели много по-често срещани в света на мотоциклетите.

✅ 2. Редови осемцилиндров двигател

Редовите 8-цилиндрови двигатели не бяха съвсем необичайни, тъй като в началото на 20-ти век имаше много превозни средства с L8 блокове. Но днес тях вече ги няма, вместо това се използват осемцилиндрови двигатели, подредени във V-образна форма, която е много по-компактна.

✅ 3. V16 двигател

Двигателят V16 беше заменен от двигателите V8 и V12, които можеха да предложат подобни показатели на производителност с еквивалентен работен обем, но по-малко пространство. Но в историята има някои интересни примери.

Като се започне от Cadillac, който беше първата марка, използвала V16 през 30-те години на миналия век, през Cizeta-Moroder V16T до еднократното BMW 767iL "Goldfish", което също имаше шестнадесет цилиндров двигател.