Двигуни внутрішнього згорання. Типи та їх особливості. Частина 1

Двигун внутрішнього згорання названий так тому, що в ньому пальне згорає безпосередньо в робочій камері, де енергія згорання саме й перетворюється на механічну роботу – на відміну від, наприклад, парового двигуна, де окремо відбувається нагрів води та перетворення її на пару, а пара, в свою чергу, рухає поршні зовсім в іншій ємності.

Існує чимало різновидів двигунів внутрішнього згорання (або ДВЗ, як їх ще коротко називають). Розглянемо найрозповсюдженіші варіанти ДВЗ, які застосовуються (або застосовувалися) у виробництві автомобілів.

Поршневі двигуни

Найрозповсюдженіша система, за якою досі будують двигуни внутрішнього згорання, має:

• робочий циліндр, в якому відбувається згорання повітряно-паливної суміші;
• поршень, що  рухається під тиском газів, які створюються від згорання;
• кривошипний механізм, що включає шатун і колінчатий вал, який підіймає та опускає поршень стосовно робочого циліндру.

Ці три деталі (а точніше, групи деталей) є неодмінними складовими будь-якого поршневого ДВЗ. А такі двигуни в свою чергу діляться на наступні групи.

Бензинові поршневі двигуни

Хоча бензин у якості пального використовують не лише поршневі мотори, саме з них почалася взагалі ера ДВЗ. Поршневі бензинові двигуни можна розділити на дві основні групи:

• Двотактні двигуни.
• Чотиритактні двигуни.

Принцип дії бензинових двигунів обох цих типів схожий: до робочої камери поступає бензиново-повітряна суміш, яка спочатку стискається поршнем, а потім у кульмінаційний момент (він називається «верхня мертва точка») вона запалюється іскрою, яку виробляють електроди свічки запалювання, яка також знаходиться в камері.

Двотактні двигуни наразі здебільшого застосовуються в мотоциклах, човнах або в садовій та будівельній техніці (косарках, бензопилах, компресорах тиску). Головна їхня особливість – простота побудови. Двотактні ДВЗ не мають кількох обов’язкових атрибутів чотиритактних моторів:

• клапанного механізму – його замінюють отвори в робочій камері, які на певних тактах перекриває поршень;
• окремого мащення – пари тертя змащує суміш бензину та масла.

Як раз те, що масло при двотактній схемі повинне згорати разом із бензином, робить ці мотори надто неекологічними. До того ж необхідність постійно додавати мастило при заправці бензином в чіткій пропорції також робить процес експлуатації надто складним.

Фото: Принцип роботи двотактного двигуна

Першим патент на винахід двотактного двигуна отримав видатний інженер, винахідник автомобіля Карл Бенц у 1878 році. Однак навіть він при побудові власного авто віддав перевагу двигуну Отто – чотиритактному бензиновому ДВЗ.

Чотиритактні двигуни з іскровим запаленням суміші – так, мабуть, правильніше назвати ці мотори, бо вони здатні працювати з мінімальними переробками на багатьох горючих рідинах: скрапленому газі, спирті, гасі тощо – наразі є наймасовішими силовими агрегатами в автовиробництві. Принцип їхньої роботи дуже схожий на той, що у двотактних двигунів, за одним винятком: робочий цикл ділиться на 4 такти. А саме:

• заповнення циліндра паливною сумішшю;
• її стискання;
• запалювання суміші;
• розширення газів та очищення від них циліндра.

Через це конструкція 4-тактного ДВЗ складніша за 2-тактний. Обов’язково присутні клапани (щонайменше 2 на циліндр) для впуску паливної суміші та випуску відпрацьованих газів. Також ці двигуни обладнані системою змащування кривошипно-шатунного механізму, яка складається з масляного картера, куди масло стікає коли двигун не працює, розташованого в ньому масляного насоса та масляних каналів, які пронизують весь двигун і змащують також інші пари тертя: в клапанному механізмі та багатьох інших, включаючи деколи й навісне обладнання на кшталт турбокомпресора, приводних валів та ін. 

Фото: Чотиритактний двигун

Однак саме через складність конструкції 4-тактний двигун може дотримуватися суворих екологічних норм, а також досягати більш ефективних показників із потужності та економічності, ніж 2-тактний.

Дизельний двигун

На відміну від винахідника бензинового поршневого двигуна Ніколауса Отто, ім’я людини, яка створила безіскровий аналог, Рудольфа Дизеля, назавжди увічнено в назві його твору. Дизель – також поршневий двигун, проте, на відміну від бензинових моторів, вибух у робочій камері відбувається за рахунок стиснення суміші, а не її запалювання.

Тому, з одного боку, конструкція дизельного двигуна простіша, а з другого – через підвищені вимоги щодо тиску в циліндрах, подачі пального, теплообміну та інші нюанси – складніша в тому, що стосується навісного та допоміжного обладнання.

Плюсами дизелів є економічність, потужність – великий крутний момент і тяга, більший ресурс. Мінусами: низька екологічність (без додаткового обладнання), складне обслуговування та погана тепловіддача. 

Отже, ми коротко розібрали основні типи автомобільних двигунів. Про їхні підтипи, особливості експлуатації та про інші типи двигунів розповімо в наступному матеріалі.