Принцип работы двигателя: Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока | Полезные статьи

Содержание

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;

инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.

Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;

система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси;
система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.

Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.

Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

— Топливная система

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:

Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
Резонатор, или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания: дизель, бензин

Несмотря на постоянно появляющуюся информацию об изобретении новых, современных, более экономичных и экологичных, видов силовых агрегатов, двигатель внутреннего сгорания еще долго не сдаст свои позиции основной «рабочей лошадки» мирового автопрома. Вот уже более сотни лет именно двигатель внутреннего сгорания работает, приводя в движение миллионы как легковых, так и грузовых автомобилей по всему миру

Уникальное изобретение

Если задать в поисковик вопрос о том, кто является изобретателем ДВС, можно получить добрый десяток имен. Действительно, на заре автомобилестроение над созданием практичного мотора бились десятки пытливых умов. И не столь важно, кто оформил патент первым, а кто опоздал на пару месяцев. Главное – результат вышел на славу.

Компактный, простой в конструкции но в то же время обладающий хорошим КПД, ДВС оставил далеко позади остальных «конкурентов» в праве именоваться двигателем прогресса нового столетия.

Что такое двигатель внутреннего сгорания

Предназначение любого теплового силового агрегата – превратить энергию топлива в полезную механическую работу. В ДВС сгорают жидкие или газообразные углеводороды: бензин, дизельное топливо или природный газ.

Как это происходит? В специальных «отверстиях» в корпусе (цилиндрах) расположены поршни – металлические «стаканы». Днище детали ориентировано вверх, а снизу, через кривошипно-шатунный механизм, она соединена с коленвалом.

Герметичность достигается поршневыми кольцами, не допускающими проникновение газов между стенками цилиндра и поршнем.

Все двигатели внутреннего сгорания имеют одинаковые этапы работы:

впуска;
сжатия;
горение;
расширения;
выпуска.

Для того, чтобы разобраться в процессе, стоит рассмотреть как работает бензиновый двигатель – самый распространенный в автомобилях.

Как работает бензиновый двигатель

Перемещение поршня в цилиндре ограничивается двумя крайними положениями – верхней и нижней мертвыми точками (ВМТ и НМТ).

Первый такт начинается с того, что при движении поршня вниз открывается впускной клапан, в который подается приготовленная карбюратором (вариант – в инжекторе) воздушно-бензиновая смесь.

Во время обратного хода топливо сжимается, а когда снова начинается движение вниз, смесь зажигается высоковольтной искрой. Взрыв отталкивает поршень вниз, в результате чего проворачивается коленвал.

Во время последнего такта отработавшиеся газы удаляются через открывшийся выпускной клапан.

Такой двигатель называют четырехтактных – по числу перемещений. Автомобильный двигатель работает непрерывно, поэтому содержит как минимум четыре цилиндра. Вспомогательные ходы в одних обеспечиваются рабочими тактами в других.

Как открываются клапаны

Для обеспечения процесса важно точное открывание и закрывание впускных и выпускных клапанов. За эту работу отвечает газораспределительный механизм.

Через шкив ГРМ «синхронизирован» с коленвалом, что позволяет открывать каналы в нужные такты (при определенном положении поршней).

При вращении кулачок распредвала давит на коромысло, которое открывает клапан. Когда кулачок проворачивается, отверстие закрывается с помощью пружины.

Особенности дизеля

Аналогичные такты имеет и дизельный двигатель, единственное различие которого в том, как работает воспламенение. Здесь топливо и воздух подаются отдельно. Именно последний при сжатии выделяет тепло, воспламеняющее горючее.

Все для ремонта и обслуживаия бензиновых и дизельных двигателей ищитена страницах fortunaavto.com.ua!

Как работает двигатель внутреннего сгорания [простым языком]

Что такое цилиндры, турбонаддув, как расшифровывать характеристики двигателя без технической документации

Двигатель внутреннего сгорания работает за счет сжигания бензина и дизельного топлива. Независимо от вида топлива, на котором работает движок, принципы его работы, термины и названия запчастей одинаковы.

Как работает?

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания похож на принцип работы насоса: на одном конце в него втягивается воздух и воспламеняется (внутреннее сгорание), затем, через выхлопную трубу вытесняются отработанные (выхлопные) газы. Движок преобразует энергию сгорания в механическую энергию для движения машины. Детальная работа «сердца машины» разобрана здесь, а в этой статье обсудим из чего состоит мотор машины и как устроен.

Для описания размера и мощности мотора автомобиля пользуются устоявшимися терминами и маркерами. Правда, не разобравшись в каждом, не сообразишь, что они означают. Если не до конца понимаете, что собой представляет 1,8-литровый, 4-цилиндровый, V-образный двигатель на 20 клапанов и с турбонаддувом эта статья для вас.

Что означает «1,8-литровый»?

Значение «1,8-литровый», «2-х литровый», «3-х литровый» указывает на объем движка. Объем двигателя влияет на объем воздуха, который тот может переработать в течение одного цикла. Эта величина обычно отображается в литрах или в кубических сантиметрах, в зависимости от производителя, но измерение в сантиметрах встречается крайне редко.

Чем больший объем мотора, тем больше он производит энергии. Больше энергии — больше расход топлива. Правда, инженеры автоконцернов пытаются сломать этот стереотип. О том, как им это удается, читайте в статье журнала Zap-Online.ru: «Топ 10 улучшений в конструкции мотора автомобиля».

Характеристика «4-цилиндровый» означает количество цилиндров в движке

Цилиндром называют камеру двигателя цилиндрической формы, в которой смешиваются и сгорают воздух, и топливо. Каждая такая камера считается одним цилиндром. Чем больше цилиндров, тем больше мощность автомобиля и расход топлива. Для экономии топлива, некоторые современные 8-цилиндровые движки разработаны так, чтобы цилиндры оставались закрытыми, когда их работа не принципиально важна. Эта технология применена в последних моделях Mercedes. На светофоре движок будет работать на холостом ходу, отключив 6 цилиндров и оставив в работе 2, чтобы машина не заглохла. Движок будет смешивать топливо и воздух в двух цилиндрах вместо восьми, перекрыв подачу бензина или солярки в ненужные.

Также будет и на загородной трассе, где водитель, включив круиз-контроль, двигается с одной скоростью до 90 км/ч.

V-образный или рядный двигатель означает угол расположения цилиндров друг к другу — это называется конфигурация мотора

У автомобильных моторов бывают разные конфигурации: разные расположения цилиндров по отношению друг к другу. Размещение цилиндров в один ряд создает «линию» двигателя: 4-рядный– 4 цилиндра в линию, или 6-рядный — 6 цилиндров и т.д. —это общая и простая конфигурация классической силовой установки внутреннего сгорания.

Когда цилиндры расположены противоположно друг другу в угловых блоках, они имеют вид латинской буквы «V». Цифра, следующая за этим символом, опять-таки, обозначает количество цилиндров в одном ряду, например: V-4, V-6, V-8 и т.д.

Три блока цилиндров располагают в форме латинской буквы «W». По количеству цилиндров в одном ряду различают движки W-8, W-12 или W-16. От конфигурации цилиндров зависит физический размер движка и то, как ровно он работает. V – образная форма облегчает ход цилиндров, т.к. сила тяжести распределяется под наклоном, а не вертикально, как на обычных автомобильных моторах. Все эти разработки стали результатом тщательнейших испытаний, которые привели к совершенствованию внутреннего КПД (коэффициента полезного действия) мотора и к его экономичности.

Клапаны

Воздух входит в цилиндры и выходит из них через клапаны, работающие по принципу работы клапанов сердца. Раньше цилиндры имели только два клапана: один для воздуха, который поступает в цилиндр, второй — для выхода отработанных газов. Современные двигатели имеют по три, четыре и даже пять клапанов в каждом цилиндре, что более эффективно перемещает воздух по двигателю, увеличивает мощность автомобиля и сокращает расход топлива. Обычно автопроизводители сообщают общее число клапанов в движке. Разделите это число на количество цилиндров и узнаете, сколько клапанов в каждом из них.

Наддув и турбонаддув

Нагнетание воздуха в двигатель под давлением называется «принудительная индукция». Нагнетанием воздуха можно резко увеличить мощность автомобиля. Наддув работает на ременном приводе от мотора автомобиля и разработан, чтобы немедленно давать дополнительную мощность, когда отработанный газ выходит из движка. Турбонаддув приводится в действие выхлопными газами и требует меньших затрат мощности самого двигателя, что делает его более экономным, чем просто наддув. При этом у турбонаддува реакция на дроссель гораздо медленнее. Еще есть электрический турбонаддув, о нем подробно писали здесь, различия с классическим незначительные. Хотя при увеличении скорости наддувом и турбонаддувом сжигается больше топлива — они позволяют маленьким экономным моторам показывать те же результаты, что и их более большие собратья.

Остались вопросы по терминологии принципам работы мотора автомобиля? Задавайте их в комментариях, будем рады ответить.

Двигатель внутреннего сгорания — устройство и принцип работы

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой силовой агрегат, который уже ни один десяток лет используется в разного рода транспортных средствах. В начале XX в. он заменил собой паровые двигатели. Но даже сегодня в XXI в. он остается очень актуальным. Рассмотрим, что такое устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Определение

Двигатель имеет приставку «внутреннего сгорания» по одной простой причине. Дело в том, что топливо воспламеняется внутри рабочей камеры, а не внешне. Сгорая, топливо выделяет энергию, которая преобразуется в механическую работу для ее передачи остальным «органам» автомобиля.

Существуют разные виды двигателей, но большей популярностью пользуется поршневой. Данная разновидность мотора позволяет хранить топливо компактно, при этом много не затрачивать его при больших пробегах.

Устройство

Устройство ДВС включает в себя разнообразные системы с механизмами. Главными элементами мотора являются кривошипно-шатунный механизм (КШМ), который также состоит из нескольких элементов, блок цилиндров и его головка с ГРМ.

В процессе вращения коленвала КШМ помогает преобразовывать работу поршней. Энергия, сгорающая в цилиндрах, «запускает» поршни. Без функционирования механизма газораспределения невозможна работа этой системы. ГРМ помогает впускным и выпускным клапанам вовремя открываться. Они запускают рабочую смесь и выпускают отработанный газ.

Распределительные валы, из которых в разных количествах состоит ГРМ, обладают кулачками. Они, в свою очередь, толкают клапаны с возвратными пружинами. Если вспомогательная система функционирует правильно, то и все устройство двигателя внутреннего сгорания будет работать также.

Вспомогательная система состоит из других систем, каждая из которых имеет свое назначение. Подробнее о них будет информация дальше.

Внутренние системы

Охлаждение, питание и смазка — этими словами можно объяснять принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Без данных составляющих невозможно правильно функционировать мотору.

Первое время внутренние системы являлись механическими. Сегодня каждая из них содержит в себе долю «электроники». Двигатель работает более эффективно, если над ним ведется электронное управление. Системы же становятся «гибкими», за ними не нужен пристальный уход и бесконечное обслуживание.

Охлаждение

Когда в двигателе возникает процесс воспламенения, температура повышается до +2500 градусов (в камере). Соответственно, из-за высокой температуры есть риск перегрева поршней, цилиндров и остальных важных элементов. Это приводит, в конечном счете, к утере мощности, выгоранию масла и неполадкам в «движке». Чтобы ликвидировать излишнее тепло, была создана система охлаждения. Ее принцип работы заключается в том, что она с помощью жидкости (воздуха) отводит тепло принудительно.

Воздушная система в автомобилях не применяется. Ее используют в газонокосилках, либо мопедах. Что касается жидкостной системы, то она построена сложным образом, но при этом максимально эффективно отводит излишки тепла. Теплоносителем выступает «незамерзайка», т.е. антифризная жидкость, имеющая низкую температуру замерзания.

Канал для прохождения «незамерзайки» называется рубашкой охлаждения. Она соединена с радиатором с помощью патрубков. Радиатор принимает на себя тепловую массу и перенаправляет ее. В системе за ним находится вентилятор, помогающий быстрее пройти воздушным массам.

В процессе работы «движка» хладагент перемещается от насоса. Он же приходит в действие от коленчатого вала, либо электродвигателя. Для того, чтобы охлаждающая система могла создавать нужный режим температуры, контур охлаждения оснащают термостатом, соединенным с блоком управления.

Подача топлива

Система подачи топлива также подразделяется на виды: инжекторный и карбюраторный. Первый тип является самым востребованным. Инжекторная система подразделяется еще на несколько систем: подача (очистка) топлива, воздуха, дожигание и выпуск отработанного газа. Также подсистемы функционируют на сжигание и улавливание бензиновых паров.

Топливо из бака помогает «влить» электробензонасос, который включается при запуске ДВС. Горючее поступает к рампе с форсунками, проходя через топливный фильтр. Воздух, который наполняет цилиндры, и его количество регулируется дроссельной заслонкой. Она, в свою очередь, функционирует от электропривода, либо троса.

Шаговый электродвигатель осуществляет регулировку оборотов. Чтобы система работала слаженно, в электронный блок поступает информация с датчиков расхода воздуха, частоты и положения коленчатого вала и др.

Кроме распределенного впрыска есть система впрыска непосредственного. Это дорогостоящие агрегаты со сложным устройством. Сотрудниками фирмы «Митцубиси» удалось создать систему, которая получилась более сбалансированной. С ее помощью повысилась мощность «движка», а также улучшилась топливная экономичность.

Смазка

Смазочная система автомобиля защищает элементы от трения, а также не дает образоваться на деталях коррозии, смывает грязь и охлаждает полностью конструкцию. ДВС обычно оснащены комбинированным типом системы, где масло поставляется под давлением и разбрызгиванием.

Через горловину в поддон картера заливается масло в систему. В процессе функционирования «движка» насос с помощью маслозаборника всасывает смазку, после чего оно перенаправляется в основную магистраль.

Магистраль — это ответвленные каналы. Масло по ним переходит к подшипникам коленчатого вала, поршневой группе и т.д. Смазка льется из зазоров у подшипников, а потом начинается разбрызгивание (каплевидное и туманное). Затем масло поступает в поддон, смазывая привод ГРМ.

Смазочная система с сухим картером применима в отношении спортивных машин или тракторов. Масляная жидкость перекачивается в бак, оттуда подается в систему смазки. Подобная конструкция предотвращает перемещение жидкости во время резких движений.

Помимо всего перечисленного, смазочная система играет роль вентилирования от газов картера. Газы поступают через поршневые кольца, а затем комбинируются с парами воды и тем самым преобразуются в токсичные кислоты. Они провоцируют развитие коррозии. Именно поэтому их легче всего вывести в атмосферу.

ГРМ

ГРМ представляет собой газораспределительный механизм, главной функцией которого является своевременная подача смеси в цилиндры и выпуск из них продуктов горения. Чтобы ГРМ могла слаженно работать, для этого нужно на каждый цилиндр по одному впускному и выпускному клапану. У впускного клапана больше диаметр тарелки. Именно эта особенность улучшает наполняемость цилиндра.

В системе также есть распределительный вал, который запускается цепью или ремнем от коленчатого вала. Также он работает на закрытие и открытие клапанов.

Привод клапанов подразделяется на следующие разновидности:

1. ОНV — распределительный вал находится в блоке цилиндров, но клапаны управляются с помощью штанги и доп.толкателей.

2. ОНС — распределительный вал находится в головке, клапаны приводятся в действие рычажными толкателями.

3. DОНС — два распределительных вала находятся в головке. Первый применяется для впускных, а второй, соответственно, для выпускных клапанов.

Открытие и закрытие клапанов происходит в определенные моменты, которые называются фазами. Отличное наполнение и очистка цилиндров обеспечиваются за счет грамотно подобранных цилиндров.

Выхлопная система

На мощность двигателя внутреннего сгорания сильно влияет выхлопная система. Помимо этого, она оказывает небольшое влияние на расход горючего и объема вредных выбросов. Каталитический нейтрализатор — это то, что помогает снизить содержание токсических веществ в газах. Нейтрализатор имеет окислительный и восстановительный катализаторы, способные углеводороды преобразовывать в водяной пар. Прибор ставят рядом с выпускным коллектором.

Нейтрализатор будет функционировать лучше в случае, когда ДВС начнет работу на воздушно-топливной смеси, соединенной в пропорции 14,7 к 1. Специальный датчик будет следить за уровнем воздуха в газах.

Классификация

Выяснив принцип работы двс, водитель может приступать к изучению классификации устройства. Каждый производитель старается его по-своему усовершенствовать. Кто-то пытается увеличить мощность, другие — уменьшить выход токсичных веществ в атмосферу, третьи — оптимизировать стоимость. Рассмотрим, какие на сегодняшний день существуют ДВС и по каким критериям их подразделяют.

Тип конструкции

Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на виды по типу конструкции: роторные, поршневые и газовые турбины.

Как работает двигатель внутреннего сгорания роторного типа? На ротор действует давление газов, при этом мотор не имеет ГРМ. Его роль выполняют выпускные (впускные) окна в стенках корпуса по бокам.

Поршневой тип функционирует от поршня, который приводится в действие от сгорающих газов. Поршень толкает коленчатый вал. Что касается газовых турбин, то в ДВС газы на большой скорости влетают на лопатки турбины. Компрессор, установленный в моторе, в свою очередь, предназначается для нагнетания воздуха.

Тип топлива

ДВС функционирует за счет сжигания смеси воздуха с дизелем, газом либо бензином. Если водитель предпочитает газовое топливо, то в его качестве используется сочетание пропана и бутана, сжиженного газа, метана или водорода.

Рабочий цикл

Двигатель внутреннего сгорания имеет рабочий цикл. Он представляет собой последовательность процессов в цилиндрах, которые превращают топливную энергию в механическую.

Существует 2-х тактный и 4-х тактный цикл, каждый из которых работает по своему принципу. В первом случае впуск и сжатие происходят одновременно, а во втором — по четырем тактам (сжатие, впуск, выпуск, рабочий ход).

Нельзя выделить из этих двух ДВС лучший, поскольку 2-х тактный по рабочему циклу является более компактным, а 4-х тактный считается лучше по экономичности.

Работа ГРМ

ГРМ устанавливается по одной из четырех схем, описанных выше по тексту. Каждая компоновка влияет на работу «движка». Помимо этого, приводы клапанов подразделяются по способу регулировки зазоров. Их настройка проводится ручным методом. Для этого меняют в коромыслах винты, либо устанавливают гидрокомпенсаторы для авторегулировки.

Количество цилиндров

Существует одноцилиндровые моторы, которые функционируют не столь равномерно, но это не сильно сказывается на их работе в мопедах и мотоциклах. «Движок» для авто устроен по-другому, здесь требуется более высокая мощность и большой объем цилиндров. В легковые машины по большей части ставят моторы с 4-мя цилиндрами, а в грузовики: 6-ти или 8-ми цилиндровые двигатели. В элитные автомобили марки Ауди могут быть установлены 12-ти цилиндровые «движки».

Расположение цилиндров

Поршневые двигатели подразделяются по схемам блока цилиндров. Они могут быть представлены в виде разного рода конструкций. Их около 5 разновидностей. В зависимости от компоновки под капот мотор ставят под разными углами.

Создание рабочей смеси

Способ смесеобразования — еще один критерий, по которому классифицируются ДВС. Существует внешнее и внутреннее смесеобразование. Первый тип присутствует в карбюраторных моторах, а также в агрегатах с впрыском во впускной коллектор. Второй тип находится в дизельных «движках», а также в бензиновых, имеющих впрыск в камеру сгорания.

Принцип работы ДВС

Поняв, как работает двс, водителям стоит рассмотреть подробнее его принцип работы. Разберем работу двухтактного и четырехтактного двигателя.

Двигатель 2-х тактный

Газораспределительный механизм вместе с КШМ для двухтактного двигателя довольно сильно отличается от четырехтактного. В некоторых участках на цилиндрах вместо клапанов находятся небольшие отверстия, которые именуются как продувочные окна. В цилиндровой головке присутствуют свечи зажигания.

При наступлении первого такта поршень направляется от НМТ в ВМТ. Заполняя собой цилиндр, смесь поступает через впускное окошко. Выпускное окно, в свою очередь, остается открытым для выпуска остатков газов. Двигаясь, поршень создает окнам перекрытие, при этом смесь в этот момент сжимается. Около ВМТ возникает искра зажигания, запуская собой второй такт.

Под влиянием газового давления поршень смещается вниз. Начинается открытие впускного и выпускного окна. Через выпускное уходят отработанные газы, а через впускное поступает смесь.

Таким образом становится ясно, что 2-х тактный «движок» обладает высоким КПД. Рабочий цикл поршня совершает всего 2 хода, при этом коленвал делает единственный полный оборот. К недостаткам системы можно причислить тот момент, что часть ТПС растворяется с газами, что создает низкую топливную экономичность. При этом поршневые кольца довольно быстро подвергаются износу.

Двигатель 4-х тактный

Что касается четырехтактного устройства двс, то здесь работа строится немного по другому принципу. Поршень перемещается внутри цилиндра. Через шатун он соединен в коленвалом. Поднимаясь вверх, поршень остается в таком положении, которое называется верхней «мертвой точкой». Соответственно, после перемещения вниз он становится в положение нижней «мертвой точки» НМТ. Данный ход зовется «тактом». Таким образом, весь рабочий цикл состоит из 4-х тактов, последовательных друг за другом. Изучим каждый такт по отдельности.

1. Впуск. При включении первого такта открывается впускной клапан. После этого поршень переход от ВМТ, а в цилиндр поступает смесь.

2. Пройдя НМТ, поршень идет вверх, параллельно сжимая остаточные газы со смесью. Клапаны остаются закрытыми, при этом давление и температура газов возрастает. Свеча зажигания создает искру, помогающую воспламенить смесь.

3. Смесь возгорается и в процессе горения толкает поршень вниз прямо от ВМТ, при этом клапаны по-прежнему остаются закрытыми.

4. Выпускной клапан открывается только на выпуске, поршень движется наверх, одновременно толкая газы из цилиндра.

Что касается многоцилиндровых блоков, то в них одинаковые такты осуществляются в разном порядке. Если двигатель имеет 4-цилиндровый блок, то очередность его функционирования бывает в порядке 1-3-2-4. Иными словами, это означает, что впуск произойдет в первую очередь в 1, затем в 3, а потом 2 и 4 цилиндрах.

Плюсы и минусы

ДВС, как и любой тип двигателя, имеет свои преимущества и недостатки.

К плюсам относятся следующие особенности:

1. Небольшой вес. Обычно такие устройства занимают мало места и имеют низкий вес.

2. Высокая мощность. На сегодняшний день почти все ДВС обладают высоким значением лошадиных сил. Чем «сильнее» «движок», тем дороже он стоит и больше потребляет топлива.

3. Есть возможность преодолеть большие расстояния. Эта проблема особо актуальна для тех, кто ездит в другие города ежедневно.

4. Быстрая заправка. Сегодня заправки расположены повсеместно, поэтому автолюбителям не придется бояться за пустой бак. Заправка длится не более 10 минут.

5. Простота эксплуатации. Большинство моторов, независимо от их типа, имеют схожую систему. Поэтому разобраться в работе двигателя сможет каждый водитель.

6. Доступность. Сегодня автомобилем с ДВС никого не удивишь, они эксплуатируются повсеместно. На вторичном рынке их стоимость еще дешевле, так что каждый человек может позволить себе купить такое авто.

7. Большой ресурс работы. Моторы, выпускаемые сегодня, способны функционировать ни один год подряд, а десятки лет. Возможно, кто-то скажет, что их надежность все же снижается, но это не исключает тот факт, что качество по-прежнему остается «на уровне».

Перечислив все преимущества ДВС, перейдем к недостаткам, которые, к сожалению, также встречаются у данного типа двигателя.

Минусы у ДВС следующие:

1. Высокая степень выбросов в атмосферу во время езды автомобиля. Дело в том, что топливо не до конца сгорает, и в этом заключается главная проблема. Чтобы авто двигалось, требуется всего лишь 15% горючего, а все остальное уходит в воздух. Отработанный газ содержит множество вредных и токсичных веществ, а также тяжелых металлов.

2. Требуется коробка переключения передач. Устройство обязательно, так как нужно, чтобы менялось передаточное число. Оно регулирует обороты двигателя, который перенаправляет энергию на колеса, а они вращаются либо быстро, либо медленно.

3. Регулярная замена масла. Менять масло нужно каждые 10 000 км. Это нужно обязательно делать, так как жидкость загрязняется, а мелкие частицы грязи попадают в «движок».

4. Высокая цена на топливо. Бензин и солярка с каждым годом возрастают в цене, соответственно, совсем скоро передвижение на авто с ДВС станет роскошью. Чтобы сэкономить на топливе, можно установить газовое оборудование, так как цена газа вдвое ниже остального горючего.

5. Низкий КПД. Этот параметр наглядно показывает эффективность работы двигателя относительно вырабатываемой энергии. Показатель выражается в процентах. К примеру, электродвигатели имеют КПД около 95%, но в ДВС такие значения невозможны.

6. Ограниченный ресурс дешевых моторов. Изготовители, выпускающие двигатели по низкой стоимости, используют некачественные детали. Они быстро изнашиваются и «выходят из строя». Но если водитель будет использовать смазку, а также вовремя менять расходные материалы, то «движок» прослужит дольше.

Таким образом, мы выяснили, что ДВС имеет как много преимуществ, так и много недостатков. Несмотря на это, он является одним из самых эффективных устройств на сегодняшний день.

Заключение

Двигатели, производимые сегодня, являются самыми лучшими, поскольку выгодно отличаются от своих предшественников. Сейчас у них нет конкурентов, и в ближайшее время не намечается. Возможно, в течение будущих 10 лет, будет придумано что-то более новое. Многим хотелось бы, чтобы ДВС эксплуатировались вечно, но их существование завершиться, как только в мире закончится нефть и придет эпоха электрических двигателей. Сейчас тенденция к этому уже давно идет вперед.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

КШМ — кривошипно-шатунный механизм.
ГРМ — механизм регулировки фаз газораспределения.
Система смазки.
Система охлаждения.
Система подачи топлива.
Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ — кривошипно-шатунный механизм

КШМ — основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу — преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

Блок цилиндров.
Головка блока цилиндров.
Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
Коленчатый вал с маховиком.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

Распределительный вал.
Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
Детали привода клапанов.
Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Система охлаждения двигателя

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

Рубашка охлаждения двигателя
Насос (помпа)
Термостат
Радиатор
Вентилятор
Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.

Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

Масляный картер (поддон).
Насос подачи масла.
Масляный фильтр с редукционным клапаном.
Маслопроводы.
Масляный щуп (индикатор уровня масла).
Указатель давления в системе.
Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система питания

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

Топливный бак.
Датчик уровня топлива.
Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой.
Топливные трубопроводы.
Впускной коллектор.
Воздушные патрубки.
Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры — воздушный фильтр и патрубки — тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

Выпускной коллектор.
Приемная труба глушителя.
Резонатор.
Глушитель.
Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.

Как устроен двигатель автомобиля? Особенности деталей поршневой группы, принцип работы и строение

Сегодня мы узнаем, как устроен бензиновый и дизельный двигатель внутреннего сгорания автомобиля, какими особенностями обладает мотор, из каких ключевых деталей поршневой группы состоит, а также, как работает современный силовой агрегат.
{banner_adsensetext}
В устройстве двигателя автомобиля ключевым элементом является поршень. Он представляет собой стальной пустотелый стакан. Сферическое дно, которое называется головкой, расположенное вверху, а «юбка» — это та направляющая часть, которая имеет насечки для закрепления поршневых колец. К миру моды данная юбка не имеет никакого отношения, поэтому не нужно спрашивать, от какого она дизайнера. В свою очередь, поршневые кольца нужны для того, чтобы обеспечивать герметичность, иначе топливная смесь бы опускалась под поршень. Чем герметичнее надпоршневое пространство, тем лучше контролируется движение топливной или топливно-воздушной смеси.

Вы наверняка уже знаете, что именно газы сгорания, сильно толкая поршень, приводят в движение целую цепь механических реакций. Поэтому продолжим дальше. В юбке поршня имеется палец с закрепленной верхней частью шатуна. Шатун в устройстве двигателя автомобиля передает усилие на коленчатый вал от поршня и перемещает поршень во время подготовительного такта. Шатун вращает коленчатый вал, а тот, в свою очередь, передает крутящий момент на трансмиссию.

Вращение ведущих колес достигается за счет передачи крутящего момента с трансмиссии через систему шестерен. Сам шатун состоит из верхней и нижней головок и соединяющего их стержня. Верхняя совершает возвратно-поступательное движение вместе с поршнем, а нижняя совершает круговое движение с шатунной шейкой коленвала.

Кстати, постоянной проблемой производителей является следующее: как сделать прочный и легкий шатун. Если он будет легким, тогда будет не таким прочным, как нужно. А использование легких и прочных материалов приведет к увеличению стоимости мотора.

{banner_reczagyand}
Изучая устройство двигателя внутреннего сгорания, нельзя обойти без внимания коленчатый вал. Не углубляясь в технические нюансы, о нем следует знать следующее:
— Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршня в круговое.

— Радиус кривошипа — это один из основных показателей качества мотора. Регулируя этот радиус, можно увеличить скорость вращения и максимальную мощность мотора, или же придать больший крутящий момент на низких оборотах, увеличив при этом экономичность.

— Шатунные, и коренные шейки вращаются в подшипниках скольжения, и лишь немногочисленные модели коленвалов вращаются в подшипниках качения.

— На конце коленчатого вала устанавливается маховик, который имеет зубчатый венец. Он нужен для непосредственного участия в запуске двигателя от стартера.

Почему коленчатый вал, поршни в цилиндрах и маховик ключевые компоненты двигателя?
А теперь представьте себе: топливно-воздушная смесь, или воздух, если речь идет о дизельных двигателях, скапливается в цилиндрах двигателя и постоянно уменьшает эффективность работы двигателя. Поэтому устройство двигателя автомобиля предполагает наличие газораспределительного механизма (ГРМ — цепной или ременной). Это как раз тот случай, о котором говорят: «Если бы этого не было, тогда это стоило бы придумать». Данный механизм необходим для своевременного и максимально полного удаления из цилиндров двигателя отработанных газов. К тому же газораспределительный механизм нужен еще и для того, чтобы цилиндры хорошо заполнялись воздухом или смесью.

В принципе, на заполняемость цилиндров оказывают влияние и воздуховоды, и воздушный фильтр, впускной коллектор и так далее. Но ключевую роль играют впускные клапаны. И если вам не дают покоя подвиги вальяжных парней из «Форсажа», то пользуйтесь турбонаддувом или механическим нагнетателем. Так как расчет значения фактического коэффициента наполнения цилиндра для многих может показаться слишком сложным, то лучше будет сказать, что литровая мощность зависит от того, сколько топливно-воздушной смеси попадет за раз в цилиндр. Еще проще говоря, тюнинг газораспределительного механизма и впускного тракта — это очень здорово.

Чтобы ваши знания о том, каково устройство двигателя внутреннего сгорания, были более полными, мы должны обязательно упомянуть о воздушном фильтре. Необходимый в конструкции двигателя, он прост в эксплуатации. Но это не значит, что стоит им пренебрегать. Ведь если горючая смесь должна содержать по массе почти в двадцать раз больше воздуха, то получающаяся в результате движения твердая взвесь будет ухудшать технические характеристики двигателя, действуя на него подобно абразиву. А чтобы этого не случилось, необходимо устройство для очистки воздуха. На данный момент различают шесть групп воздухоочистителей.

Видео: «Как работает современный 4-ех тактный двигатель внутреннего сгорания?«
В заключении добавим, что по причине экологической чистоты и более удобной эксплуатации, все чаще в устройстве двигателя внутреннего сгорания появляются специальные воздухоочистители со сменными сухими элементами. Таким образом, нужно запомнить, что при своевременной замене фильтров (масляного и воздушного), мы облегчаем жизнь не только силовому агрегате, но спасаем экологию от вредных выбросов.
БЛАГОДАРИМ ВАС ЗА ВНИМАНИЕ. ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ НА НАШИ НОВОСТИ. ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Автор автомеханик А.Зарядин На чтение 14 мин. Просмотров 2.2k. Опубликовано 06.09.2020

Первым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) считается изобретение французского механика Ленуара в 1860 году. Поршневой агрегат работал за счёт сжигания в цилиндре светильного газа. Более удачную конструкцию предложил немец Отто в 1866 году. Его двигатель работал по 4-тактному циклу, сжимая в цилиндрах смесь газа и воздуха перед воспламенением запальной свечи. Следующим этапом развития стал переход на жидкое нефтяное топливо и внесение технических новшеств в конструкцию ДВС.

Что такое ДВС

Двигатель преобразует топливную, электрическую и другие виды энергии в механическую для передачи её исполнительным органам машины или установки: трансмиссии, насосу, ротору и т.д. Автомобильные двигатели различаются по виду первичной энергии и процессу её преобразования:

поршневой двигатель внутреннего сгорания;
газовая турбина;
паровой двигатель;
роторно-поршневой мотор;
двигатель внешнего сгорания;
электромотор;
маховичный двигатель и др.

Наиболее распространён поршневой двигатель внутреннего сгорания. Источником энергии ДВС служит жидкое нефтяное топливо или горючий газ. Популярность этого типа мотора обусловлена возможностью компактного хранения топлива и его малого расхода при большом пробеге автомобиля.

Рассмотрим подробнее, что такое двигатель внутреннего сгорания, его устройство, принцип работы, плюсы и минусы.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

В устройство двигателя внутреннего сгорания входят различные механизмы и системы. Так, поршневой 4-тактный агрегат состоит из кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (ГРМ) механизмов:

КШМ включает в себя подвижные и неподвижные детали. Основу составляет блок цилиндров, установленный на картере. Сверху блок закрыт головкой, в которой находятся впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания, форсунки. Внутри цилиндров перемещаются поршни, соединённые через поршневой палец с верхней головкой шатуна. Нижняя часть шатуна охватывает шейку коленвала. На конце вала закреплён маховик;
в состав ГРМ входит распределительный вал, клапаны и привод ГРМ. Подробнее о механизме поговорим ниже.

В 2-тактном поршневом ДВС клапана отсутствуют. Вместо них в конструкции предусмотрены продувочные окна.

Достойной заменой поршневому агрегату можно рассмотреть только роторно-поршневой мотор или двигатель Ванкеля. Он работает по 4-тактому циклу, а поршень имеет форму треугольника Рёло. Газораспределение в роторном агрегате происходит через впускные и выпускные окна, поэтому необходимость в сложном клапанном механизме отпадает. Двигатели Ванкеля встречаются в машинах Mazda и советских ВАЗах.

Системы двигателя

Надёжная и долговременная работа двигателя внутреннего сгорания невозможна без питания, смазки, охлаждения. Кроме того, нужно обеспечить первый запуск коленвала и каждый раз воспламенять рабочую смесь в цилиндрах. Для этих целей разработаны следующие системы двигателя:

смазки;
охлаждения;
питания;
запуска;
зажигания;
впрыска;
управления.

Если раньше системы были механические, сейчас в них появляется больше электроники. Электронное управление делает работу мотора высокоэффективной, экономичной и надёжной. Системы становятся компактными, но требуют качественного и регулярного обслуживания.

ГРМ — газораспределительный механизм

Устройство двигателя внутреннего сгорания включает в себя ГРМ. Его функция — вовремя подать в определённые цилиндры рабочую смесь, а также выпустить из этих цилиндров продукты горения. Работу механизма определяют последовательность работы цилиндров и фазы газораспределения.

Для функционирования ГРМ необходимы минимум 1 впускной и 1 выпускной клапан на каждый цилиндр. Диаметр тарелки впускного клапана обычно больше, чем у выпускного, что позволяет улучшить наполняемость цилиндра и увеличить рабочие показатели ДВС. Открытие и закрытие клапанов регулирует кулачковый распределительный вал. Сам вал приводится цепью или ремнём от коленвала.

Конструктивно привод клапанов делится на 4 вида:

OHV — распредвал расположен в блоке цилиндров, а управление клапанами происходит через дополнительные толкатели и штанги;
ОНС — распредвал размещён в головке блока, привод клапанов осуществляется за счёт рычажных толкателей;
DОНС — схема расположения с двумя распредвалами в головке блока. В этом случае один вал используется для впускных, а другой для выпускных клапанов.

Фазы газораспределения — это моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленвала. Правильно подобранные фазы обеспечивают лучшее наполнение и очистку цилиндров. Если в устройство двигателя включить механизм управления фазами VVT, это позволит получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленвала и экономить ресурсы на малых оборотах.

Система смазки

Смазка двигателя автомобиля защищает детали от трения, коррозии, охлаждает конструкцию и смывает грязь. В ДВС часто используются комбинированные системы, в которых моторное масло подаётся под давлением и разбрызгиванием.

В типичной смазочной системе масло заливают через маслозаливную горловину в поддон картера до определённого уровня. При работе двигателя маслонасос высасывает из поддона смазку через маслозаборник. Затем масло фильтруется от примесей и переходит в главную магистраль.

Магистраль представляет собой ответвления каналов, по которым масло поступает к коренным подшипникам коленвала, опорам распредвала, поршневой группе и другим деталям. Из зазоров подшипников смазка вытекает и разбрызгивается движущимися элементами в виде капель и масляного тумана. Под действием силы тяжести масло стекает в поддон, смазывая при этом привод ГРМ.

В высокофорсированных ДВС спорткаров, в тракторах и спецавтомобилях применяется система смазки с сухим картером. Масло постоянно выкачивается дополнительным маслонасосом в масляный бак, из которого подаётся под давлением в систему смазки двигателя. Такое решение помогает предотвратить перемещение масла при резких манёврах, когда маслозаборник окажется выше уровня масла.

Система смазки выполняет функцию вентиляции картера от газов, которые прорываются из цилиндра через поршневые кольца. Соединяясь с парами воды, газы образуют агрессивные кислоты и могут вызвать коррозию. Самым простым способом вентиляции картерных газов является выведение их в атмосферу. Однако, высокие нормы экологии привели к появлению закрытых принудительных систем вентиляции, в которых газы направляются в камеры сгорания через впускной тракт.

Система охлаждения

Температура в камере сгорания в момент воспламенения доходит до 2500℃. Перегрев цилиндров, поршней, головки блока и других деталей приводит к потере мощности, тепловому расширению, выгоранию масла, обгоранию клапанов и заклиниванию двигателя. Для охлаждения конструкции разработана система, которая принудительно отводит тепло потоком воздуха или жидкости.

Воздушная система охлаждения ДВС применяется на мопедах, мотоциклах и газонокосилках. Жидкостная система более сложная и шумная, но обеспечивает равномерный и эффективный отвод тепла. В качестве теплоносителя используются антифризы — жидкости с низкой температурой замерзания.

Для отвода тепла от блока цилиндров и головки предусмотрена рубашка охлаждения — канал для прохождения жидкости. Рубашка соединяется патрубками с радиатором, который забирает тепло от жидкости и выбрасывает его в воздух. За радиатором располагают вентилятор, который увеличивает скорость прохождения воздуха. Вентилятор приводится от ременной передачи коленвала или электропривода. Часто вентилятор оснащают вязкостной или гидравлической муфтой.

Во время работы двигателя охлаждающая жидкость циркулирует от насоса, который приводится от коленвала или электродвигателя. Чтобы система обеспечивала оптимальный температурный режим, в контур охлаждения встраивают термостат с управляемым теплочувствительным элементом. Термостат может быть соединён с электронным блоком управления.

Система подачи топлива

Система подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания может быть карбюраторной или инжекторной. Наиболее распространённой является инжекторная система питания с распределённым впрыском. Она состоит из следующих подсистем:

подачи и очистки топлива;
подачи и очистки воздуха;
улавливания и сжигания паров бензина;
выпуска и дожигания отработанных газов;
электронной части с набором датчиков.

Во время включения ДВС запускается электробензонасос, который закачивает топливо из бака. Бензин проходит через топливный фильтр к рампе с форсунками. На корпусе форсунки находятся электрические контакты, которые регулируют количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр.

За количеств воздуха, поступающего в цилиндры ДВС, отвечает дроссельная заслонка. Она работает от механического троска или электропривода. Регулировку оборотов на холостом ходу осуществляет шаговый электродвигатель или непосредственно компьютер. Для корректной работы системы впрыска электронный блок получает информацию с датчиков массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости, положения и частоты вращения коленвала и др.

Помимо распределённого впрыска существуют системы непосредственного впрыска. Однако, они более сложные и дорогие. Специалистам компании Mitsubishi удалось разработать сбалансированную систему, которая улучшила топливную экономичность и повысила мощность мотора. Это объясняется возможностью двигателя работать на обеднённых смесях и повышением степени сжатия до с 10 до 12,5.

Впервые система непосредственного впрыска появилась в моторах 1,8 GDI на Mitsubishi Galant в 1996 году. Сейчас подобные двигатели внутреннего сгорания встречаются в машинах Peugeot-Citroen, Renault, Toyota.

Системы питания дизельных ДВС отличаются от бензиновых. Существуют две схемы подачи дизельного топлива: с разделённой камерой сгорания и непосредственный впрыск. Первый вариант работает мягче и тише, но распространение получил второй вариант с лучшей топливной экономичностью в 20 %.

Дизельное топливо поступает из бака в нагнетательный трубопровод, затем через подкачивающий насос в топливный фильтр. После очистки дизель попадает в топливный насос высокого давления ТНВД, который распределяет топливо по форсункам.

Альтернативой системе с ТНВД является система питания Common Rail от Bosch. Особенность системы — установка аккумуляторного узла со штуцерами для подсоединения форсунок. Топливо в узле находится постоянно под высоким давлением, что позволяет подавать в цилиндр небольшие и точно отмеренные порции.

Выхлопная система

Выхлопная система влияет на мощность ДВС, расход топлива и количество выбросов в атмосферу. Для уменьшения содержания вредных веществ в отработанных газах применяется каталитический нейтрализатор. Он состоит из восстановительного и двух окислительных катализаторов, которые превращают углеводороды в водяной пар, а окиси углерода — в углекислый газ. Нейтрализатор устанавливают максимально близко к выпускному коллектору.

Нейтрализатор работает эффективнее, если двигатель внутреннего сгорания работает на смеси из воздуха и топлива в соотношении 14,7:1. Количество воздуха в отработанных газах отслеживает датчик лямбда-зонд. Уровень вредных окисей азота снижают с помощью системы рециркуляции путём забора части газов из выпускной системы для подачи его во впуск.

Классификация двигателей

Конструкция ДВС бывает различной. Каждый разработчик мотора пытается внести свои улучшения, повысить мощность и экономичность, снизить выбросы вредных веществ и стоимость агрегата. Давайте посмотрим, по каким критериям классифицируют двигатели внутреннего сгорания.

По рабочему циклу

Рабочий цикл ДВС — это последовательность процессов внутри каждого цилиндра, в результате которой энергия топлива превращается в механическую энергию. Цикл может быть двухтактным или четырехтактным:

четырёхтактный мотор работает по «циклу Отто» или Аткинсона и включает в себя такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск;
в двухтактном ДВС впуск и сжатие происходят одновременно за один такт, а рабочий ход переходит в выпуск на втором такте.

Если сравнивать двигатели внутреннего сгорания одной мощности по рабочему циклу, 2-тактный окажется проще и компактнее. А вот по топливной экономичности и экологическим показателям в выигрыше окажется 4-тактный мотор.

По типу конструкции

По конструкции ДВС делятся на:

поршневые, в которых расширяющиеся при сгорании газы приводят в движение поршень, который в свою очередь толкает коленвал;
роторные.Растущее давление газов воздействует на ротор, соединённый с корпусом через зубчатую передачу. Роторный мотор не имеет ГРМ. Его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках корпуса;
газовые турбины. В этих двигателях внутреннего сгорания газы с высокой скоростью попадают на лопатки силовой турбины, которая соединяется через редуктор с трансмиссией. Для нагнетания воздуха в мотор установлен турбинный компрессор.

Моторы могут быть без наддува, с турбокомпрессором или нагнетателем. Конструкция подбирается под назначение двигателя: будь то стационарная установка или транспорт.

По количеству цилиндров

Одно цилиндровые двигатели работают неравномерно, что не критично для лодочных моторов, мопедов и мотоциклов. Двигатель автомобиля устроен сложнее, поскольку нужна высокая мощность, а значит и большой объём цилиндра. Так, в транспорте малого класса применяются 4-цилиндровые моторы. В грузовые автомобили ставят 6- и 8-цилиндровые ДВС.

В моделях премиум класса встречаются 12-цилиндровые агрегаты. Например, в Audi A8 установлен мотор W12 с 4 клапанами на каждый цилиндр и мощностью 420 л.с.

По принципу создания рабочей смеси

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания различается способами смесеобразования:

внешнее: в карбюраторных моторах и в агрегатах с впрыском топлива во впускной коллектор;
внутреннее: в дизельных двигателях и бензиновых с непосредственным впрыском в камеру сгорания.

По расположению цилиндров

Поршневые двигатели автомобиля различаются компоновочной схемой блока цилиндров и могут представлять собой конструкцию:

рядную;
V-образную;
оппозитную с углом развала между поршнями 180°;
VR-образную;
W -образную.

В зависимости от компоновки моторы устанавливаются в подкапотное пространство вертикально, горизонтально или под углом к вертикальной плоскости для уменьшения высоты конструкции.

По типу топлива

Работа двигателя внутреннего сгорания происходит за счёт сжигания смеси воздуха с бензином, газа или дизеля. В качестве газового топлива ДВС применяются углеводород, сжиженный газ, смесь пропана и бутана, метан, водород.

По принципу работы ГРМ

Выше мы рассматривали, что ГРМ может быть устроен по схеме OHV, ОНС или DОНС. Выбор компоновки влияет на принцип работы двигателя. Также приводы клапанов различаются способами регулировки тепловых зазоров, которые увеличиваются в результате нагрева конструкции. Настройку зазоров проводят вручную, меняя специальные винты в коромыслах, или устанавливают гидрокомпенсаторы для автоматической регулировки.

Принцип работы двигателя

Изучив устройство, перейдём к рассмотрению принципа работы ДВС. Как работает двигатель внутреннего сгорания разберём на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается поршень, соединённый с коленчатым валом через шатун. Положение, в котором остаётся поршень после перемещения вверх, называется верхней мёртвой точкой ВМТ. А положение после перемещения вниз — нижней мёртвой точкой НМТ. Ход поршня между двумя крайними точками называется тактом. Рабочий цикл включает 4 последовательных такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Посмотрим поэтапно, как работает 4-тактный двигатель внутреннего сгорания:

В начале такта впуска открывается впускной клапан, а поршень перемещается от ВМТ. В это время в цилиндр всасывается горючая смесь.
После прохода НМТ поршень поднимается вверх, сжимая рабочую смесь и остаточные газы. Все клапана закрыты. Растёт давление и температура сжатых газов. В это время свеча зажигания даёт искру для воспламенения смеси.
Рабочая смесь горит, толкая поршень от ВМТ вниз. Клапана ещё закрыты.
На такте выпуска открывается выпускной клапан, и поршень поднимается вверх, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.

В многоцилиндровом блоке одинаковые такты в цилиндрах проходят в разном порядке. Например, если в устройство двигателя входит 4-цилиндровый блок, то очередность работы может выглядеть, как 1-3-2-4. Это означает, что такт впуска пройдёт сначала в 1, потом в 3, затем во 2, а после в 4 цилиндре.

Принцип работы двухтактного двигателя

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя с двумя рабочими тактами отличаются от 4-тактного. Здесь вместо клапанов в определённых местах цилиндра предусмотрены отверстия — продувочные окна. Свечи зажигания установлены в головке цилиндра.

Во время первого такта поршень двигается от НМТ к ВМТ. Через впускное окно под давлением насоса поступает рабочая смесь, заполняя цилиндр. Выпускное окно открыто и выпускает остатки отработавших газов. Перемещаясь, поршень перекрывает окна. Горючая смесь сжимается. Вблизи ВМТ подаётся искра зажигания, после чего начинается второй такт.

Поршень перемещается вниз под действием давления газов. Открываются окна. Сначала выпускное, через которое выходят отработанные газы, а затем впускное, через которое снова подаётся смесь.

Схема двухтактного двигателя имеет большой КПД: поршень за весь рабочий цикл совершает 2 хода, а коленчатый вал делает один полный оборот. Однако, часть топливно-воздушной смеси теряется вместе с отработанными газами, что даёт низкую топливную экономичность. Кроме того, поршневые кольца, постоянно пересекая кромки продувочных окон, быстро изнашиваются.

Преимущества и недостатки ДВС

ДВС — основной силовой агрегат, который устанавливают в автомобили. Несмотря на популярность, устройство двигателя внутреннего сгорания далеко от идеала.

Плюсы ДВС	Минусы ДВС
Автономная работа	Зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения коленвала
Топливная экономичность	Токсичные выбросы
Высокая мощность	Трудный запуск при минусовых температурах
Доступная цена	Вибрация и шум
	Сложная конструкция с большим количеством расходников
	Необходимость использования коробки передач
	Малый ресурс
	Затраты на обслуживание

Заключение

Устройство двигателя внутреннего сгорания постоянно усложняется, в попытках угодить запросам потребителей. Растёт количество модификаций, применяются новые электронные системы и перспективные виды топлива. Но эпоха доминирования ДВС постепенно заканчивается, на смену приходят более экологические чистые, эффективные и бесшумные конструкции. Например, гибридная машина, в которой ДВС работает в паре с электродвигателем.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Используя всю эту информацию, вы можете начать понимать, что существует множество различных способов улучшить работу движка. Производители автомобилей постоянно играют со всеми перечисленными ниже параметрами, чтобы сделать двигатель более мощным и / или более экономичным.

Увеличьте рабочий объем: Чем больше рабочий объем, тем больше мощность, потому что вы можете сжигать больше газа за каждый оборот двигателя. Вы можете увеличить рабочий объем, увеличив цилиндры или добавив больше цилиндров.Двенадцать цилиндров кажутся практическим пределом.

Увеличьте степень сжатия: Чем выше степень сжатия, тем больше мощность, до определенного предела. Однако чем сильнее вы сжимаете топливно-воздушную смесь, тем больше вероятность самопроизвольного воспламенения (до того, как свеча зажигания воспламенит его). Бензины с более высоким октановым числом предотвращают такое преждевременное сгорание. Вот почему высокопроизводительным автомобилям обычно нужен высокооктановый бензин — их двигатели используют более высокую степень сжатия, чтобы получить большую мощность.

Добавьте больше в каждый цилиндр: Если вы можете втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива) в цилиндр заданного размера, вы можете получить больше мощности от цилиндра (точно так же, как если бы вы увеличили размер цилиндр) без увеличения количества топлива, необходимого для сгорания. Турбокомпрессоры и нагнетатели сжимают входящий воздух, чтобы эффективно втиснуть больше воздуха в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха: Сжатие воздуха повышает его температуру. Однако вы хотите, чтобы в цилиндре был как можно более холодный воздух, потому что чем горячее воздух, тем меньше он будет расширяться при сгорании.Поэтому многие автомобили с турбонаддувом и наддувом имеют интеркулер . Интеркулер — это специальный радиатор, через который проходит сжатый воздух, чтобы охладить его перед попаданием в цилиндр.

Пусть воздух поступает легче: Когда поршень опускается на такте впуска, сопротивление воздуха может лишить двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно значительно уменьшить, поместив по два впускных клапана в каждый цилиндр. В некоторых новых автомобилях также используются полированные впускные коллекторы для устранения сопротивления воздуха.Большие воздушные фильтры также могут улучшить воздушный поток.

Обеспечьте более легкий выход выхлопных газов: Если сопротивление воздуха затрудняет выход выхлопных газов из цилиндра, это лишает двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно уменьшить, добавив второй выпускной клапан к каждому цилиндру. Автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет четыре клапана на цилиндр, что улучшает рабочие характеристики. Когда вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что автомобиль имеет четыре цилиндра и 16 клапанов, в рекламе говорится, что двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.

Если выхлопная труба слишком мала или глушитель имеет большое сопротивление воздуха, это может вызвать противодавление, которое имеет тот же эффект. В высокоэффективных выхлопных системах используются коллекторы, большие выхлопные трубы и глушители со свободным потоком для устранения противодавления в выхлопной системе. Когда вы слышите, что у автомобиля «двойной выхлоп», цель состоит в том, чтобы улучшить поток выхлопных газов, используя две выхлопные трубы вместо одной.

Сделайте все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше.Каждый раз, когда поршень меняет направление, он расходует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и запустить его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению топливной экономичности и производительности.

Впрыск топлива: Впрыск топлива позволяет очень точно дозировать топливо в каждый цилиндр. Это улучшает характеристики и экономию топлива.

В следующих разделах мы ответим на некоторые распространенные вопросы, связанные с двигателем, которые задают читатели.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Сделайте все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше.Каждый раз, когда поршень меняет направление, он использует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и запустить его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению топливной экономичности и производительности.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Как работают автомобильные двигатели? — Сейчас по всей стране

Несмотря на относительно простое управление, автомобили на самом деле являются очень сложными машинами. Для работы автомобилям нужно топливо, но что на самом деле с ним делает двигатель?

В общем, стандартный двигатель внутреннего сгорания — который сегодня имеет большинство транспортных средств, работающих на топливе, — использует воздух в сочетании с бензином для выработки энергии. [1] Конечно, все становится сложнее.

Компоненты двигателя

Прежде чем углубляться в то, как работает двигатель автомобиля, он поможет изучить его основную анатомию (что также важно, если вам нужно выполнить какое-либо техническое обслуживание автомобиля).Взгляните на схему двигателя автомобиля ниже, затем просмотрите список основных компонентов двигателя и их функции:

Блок двигателя: Обычно сделанный из железа или алюминия, в блоке двигателя находится большинство деталей, обеспечивающих работу двигателя, включая цилиндры, поршни, коленчатый вал и распределительный вал. [2] (Если вы открываете капот, на блоке двигателя обычно устанавливается генератор переменного тока.)
Головка блока цилиндров: В головку блока цилиндров входят компоненты, управляющие потоком всасываемого воздуха и выхлопных газов, такие как клапаны и распределительные валы.[2]
Коленчатый вал: Коленчатый вал преобразует движение поршней вверх и вниз в соответствующее круговое движение. Он прикреплен к поршням через шатун [2].
Шатуны: Шатун прикрепляет коленчатый вал к поршням. Он вращается на каждом конце, что дает ему возможность перемещаться вместе с обоими компонентами. [3]
Поршни: Поршни перемещаются вверх и вниз внутри цилиндра, передавая энергию коленчатому валу, который, в свою очередь, приводит транспортное средство в движение.Поршневые кольца, расположенные внутри поршней, помогают герметизировать края цилиндра и уменьшают трение во время движения. [2], [3]
Свечи зажигания: Свечи зажигания вызывают возгорание, создавая искру, которая воспламеняет поступающую смесь воздуха и топлива. [3]
Топливные форсунки : Топливные форсунки снабжают двигатель топливом. В процессе он превращает топливо в крошечные, похожие на туман частицы, так что его легче сжечь двигателем.[4]
Клапаны: В двигателе есть два типа клапанов: впускные и выпускные. Первый пропускает воздух и газ в двигатель; последний выпускает выхлопные газы. [3]
Распределительный вал: Распределительный вал контролирует открытие и закрытие клапанов. Для этого он преобразует круговое движение коленчатого вала в движение вверх-вниз, которое открывает и закрывает клапаны. [2]
Ремень или цепь привода ГРМ: Ремень или цепь привода ГРМ проходят между распределительным валом и коленчатым валом, чтобы гарантировать синхронную работу.[2]

Процесс четырехтактного двигателя

Большинство двигателей внутреннего сгорания работают по четырехступенчатому циклу. Эти шаги формально называются ходами по отношению к четырем движениям, которые поршень совершает для завершения каждого цикла. Такты происходят в следующем порядке: впуск, сжатие, сгорание, выпуск.

При каждом такте поршень движется вверх или вниз в цилиндре, перемещаясь вместе с впуском воздуха и топлива или выпуском выхлопных газов.Вот обзор того, как работает этот процесс [1]:

1. Ход всасывания

Во время такта впуска поршень смещается вниз, а впускной клапан открывается, пропуская поток бензина и воздуха. Как только поршень достигает основания цилиндра, клапаны закрываются, герметизируя бензиново-воздушную смесь. (Стоит отметить, что в некоторых современных автомобилях бензин впрыскивается позже во время такта сжатия.)

2. Ход сжатия

В этот момент поршень движется назад вверх, чтобы сжимать газ и воздух к верхней части цилиндра.Выталкивание этой смеси в более ограниченное пространство подготавливает ее к воспламенению в такте сгорания.

3. Ход горения

Также известный как рабочий ход, ход сгорания — это то, что действительно создает мощность вашего двигателя и заставляет автомобиль двигаться. Здесь свеча зажигания загорается, чтобы зажечь газ. Возникающее тепло и расширяющийся газ заставляют поршень опускаться обратно в цилиндр.

4. Ход выпуска

Когда поршень достигает дна цилиндра, выпускной клапан открывается, так что поршень может откачивать отработанные газы из двигателя.Оттуда газы попадают в выхлопную систему и покидают автомобиль. Наконец, выпускной клапан закрывается, и четырехтактный цикл повторяется.

Различные типы автомобильных двигателей

Хотя все двигатели внутреннего сгорания обычно работают одинаково, существует несколько различных типов двигателей. При обсуждении двигателей, которые чаще всего используются в личных транспортных средствах, различия в основном связаны с расположением цилиндров. Например, цилиндры рядных двигателей выстроены прямо, в то время как в двигателях V-образного типа цилиндры разделены на две группы и образуют V-образную форму.Другие двигатели будут регулировать определенную механику — например, фазу газораспределения или количество воздуха, добавляемого в четырехтактный цикл — для повышения эффективности или мощности. [1]

Знание того, как работает автомобильный двигатель, может оказаться полезным, когда пришло время покупать следующий автомобиль, особенно если вы получаете его от частного лица, а не от дилера. Узнайте, как купить машину у частного продавца.

[1] «Вот как работает двигатель вашего автомобиля» (17 апреля 2019 г.)

[2] «Детали автомобильного двигателя» (проверено сент.24, 2020)

[3] «Как работают автомобильные двигатели» (по состоянию на 24 сентября 2020 г.)

[4] «Как работают системы впрыска топлива» (по состоянию на 24 сентября 2020 г.)

Как работает автомобильный двигатель

В словаре двигатель определяется как машина с движущимися частями, которая преобразует мощность в движение. Поэтому, когда мы рассматриваем, как работает автомобильный двигатель, мы можем игнорировать многие дополнительные детали (водяной насос, генератор переменного тока, стартер и т. Д.), Которые многие люди также сочли бы частью двигателя.

Они существуют в том смысле, что помогают продлить срок службы двигателя автомобиля, но они не участвуют напрямую в производстве мощности.

Как двигатель автомобиля вырабатывает мощность?

Последовательность строго контролируемых взрывов толкает вниз поршни (они выглядят как перевернутые кружки), прикрепленные к металлическим стержням, называемым шатунами. Эти стержни прикреплены к гораздо большему и чрезвычайно прочному куску металла в нижней части двигателя, который лежит под прямым углом к ним.Это коленчатый вал.

Движение поршней и шатунов вверх и вниз преобразуется во вращательное движение вращающимся коленчатым валом. К коленчатому валу подключено все, что угодно, включая коробку передач и трансмиссию.

Что вызывает взрывы?

В бензиновом двигателе они вызываются свечами зажигания (по одной на поршень, но иногда по две). Когда через них проходит электрический заряд, они генерируют искру, воспламеняющую смесь бензина и воздуха.

Все это происходит в камере сгорания, небольшом пространстве между верхней частью поршня и цилиндром. Цилиндр — это то, в чем поршень движется вверх и вниз. Двигатели часто известны по количеству цилиндров, которые у них есть. Наиболее распространен четырехцилиндровый двигатель с расположенными в одну линию цилиндрами.

Горячие газы, выделяемые свечой зажигания, воспламеняющей топливно-воздушную смесь, быстро расширяются внутри камеры сгорания, толкая поршень вниз по цилиндру.

В дизельном двигателе нет свечей зажигания.Вместо этого взрыв вызван поршнем, сжимающим воздух в камере сгорания до такой степени, что он становится очень горячим. В этот момент в него впрыскивается дизельное топливо, которое самовоспламеняется, вызывая взрыв, который снова заставляет поршень опускаться.

Как работают автомобильные двигатели?

Современный автомобильный двигатель — это не что иное, как чудесное произведение человеческой инженерии, сочетающее в себе различные научные дисциплины и хорошее понимание художественных элементов дизайна, чтобы дать вам очень мощную, очень элегантную и очень экономичную машину.Действительно, современный автомобильный двигатель прошел долгий путь от самой первой конструкции Карла Бенца в 1879 году. Реликвийный 1-цилиндровый 2-тактный двигатель явно проложил путь к более современным конструкциям автомобильных двигателей. И если вы любите свой автомобиль, разве вы не думаете, что хотели бы узнать больше об этом большом куске металлического блока, который ведет вашу машину, транспортирует вас в места, о которых вы даже не мечтали, и доставляет вам такие же удовольствия, как вы? никогда раньше не испытывал? Что ж, вы попали в нужное место. Неважно, являетесь ли вы абсолютным новичком в автомобилестроении или начинающим автолюбителем; стоит узнать кое-что о машине, которая ежедневно приводит в движение ваш автомобиль.

Двигатель внутреннего сгорания

Почти все типы транспортных средств движутся за счет мощности, вырабатываемой их двигателями. Точно так же, как вам нужно есть, чтобы генерировать энергию, необходимую для всех ваших физических и физиологических потребностей, вашему автомобилю также нужно топливо для движения или бега. Без этого топлива вам будет практически невозможно передвинуть свой автомобиль. Однако это еще не все. Важно знать, что происходит с топливом, когда оно попадает в двигатель, и как этот процесс может перемещать транспортное средство.

Ответ кроется в двигателе внутреннего сгорания. Проще говоря, двигатель внутреннего сгорания — это то, что преобразует химическую энергию, выделяемую топливом, сначала в тепловую, а затем в механическую энергию, которая приводит в движение трансмиссию и колеса вашего автомобиля. Именно этот процесс преобразования химической энергии в тепловую, а затем в механическую энергию лежит в основе двигателя внутреннего сгорания. Технически сам процесс называется внутренним сгоранием.

Принцип действия на самом деле довольно прост. Когда материалы, которые содержат огромную энергию, такие как бензин, помещаются в крошечное замкнутое пространство, где применяется тепло, энергия, которая упакована внутри этого материала, расширяется и высвобождается со взрывом. Думайте об этом как о небольшом резиновом шарике, который вы наполняете воздухом. Он расширяется и расширяется, пока не лопнет. Если у вас есть объект на вершине этого шара, вы можете легко отправить его лететь по воздуху с огромной скоростью из-за высокой энергии, которая была внезапно высвобождена лопнувшим воздушным шаром.

Точно двигатель такой. Он создает множество небольших взрывов за определенный промежуток времени. Взятые вместе, эти небольшие взрывы могут дать огромную энергию, которая может сдвинуть вашу машину с места.

Детали автомобильного двигателя

Вкратце, автомобильный двигатель работает, преобразуя топливо в движение. Это так просто. Однако следует понимать, что эта энергия — от бензина до конечной механической энергии — проходит через множество деталей или компонентов, которые имеют решающее значение для любой системы двигателя.Итак, давайте теперь рассмотрим различные компоненты автомобильного двигателя.

Блок двигателя

Блок цилиндров, также называемый блоком цилиндров, по сути, является основой или ядром двигателя вашего автомобиля. Без него у всех других компонентов просто не будет каркаса, с которым можно было бы соединиться или смонтировать. Он называется блоком цилиндров из-за наличия необычно большого отверстия или даже ряда трубок внутри самого блока, в котором будут работать поршни.Трубки или отверстия известны как цилиндры. Технически, чем больше цилиндров в блоке цилиндров, тем мощнее двигатель. Конечно, внутри блока есть и другие отверстия меньшего размера, проходы или каналы, через которые проходят различные критически важные жидкости, такие как охлаждающая жидкость и масло. Блок цилиндров в основном изготовлен из литого алюминиевого сплава, хотя нет ничего необычного в том, что некоторые блоки сделаны из чугуна, хотя и значительно тяжелее.

Камера сгорания

Помните, что мы говорили о двигателе внутреннего сгорания, являющемся изумительной технологией, преобразующей химическую энергию в механическую? Что ж, это волшебство действительно происходит в камере сгорания.Здесь ваше топливо смешивается с воздухом, сжимается, а затем воспламеняется, чтобы произвести те небольшие взрывы, о которых мы говорили ранее. Эти взрывы наполнены такой энергией, что они опускают поршни в блоке цилиндров. Камера сгорания — это по существу та часть цилиндра в блоке цилиндров, которая определяется поверхностями стенки цилиндра, головки цилиндра и верхней части поршня, служащими стенкой, потолком и дном камеры сгорания соответственно. .

Головка блока цилиндров

Как мы уже говорили выше, головка блока цилиндров — это то, что образует потолок камеры сгорания.Таким образом, ее можно рассматривать как крышку для баллона. В головке блока цилиндров отлиты округлые углубления, обеспечивающие небольшое пространство в камере сгорания для возникновения горения. Поверхность, на которой головка цилиндра входит в контакт с блоком цилиндров, заделана прокладкой головки, чтобы обеспечить герметичную среду для возникновения возгорания. Другие детали, которые устанавливаются на головку блока цилиндров, включают впускные и выпускные клапаны, топливные форсунки и свечи зажигания. По сути, именно здесь все необходимые ингредиенты для горения попадают в камеру сгорания.

Поршни

Вы можете представить поршень как поршень шприца, при этом шприц действует как цилиндр в блоке двигателя. Поршни перемещаются за счет сгорания топлива в камере. Когда топливо воспламеняется и вызывает взрыв в камере, высвобождаемая энергия толкает поршень вниз. При движении поршня вниз коленчатый вал перемещается через шатун, также известный как шатун. Поршень соединен с шатуном с помощью поршневого пальца, а шатун прикреплен к коленчатому валу с помощью шатунного подшипника.

Корпус поршня имеет от трех до четырех канавок, которые полностью залиты в него. Эти канавки содержат поршневые кольца, которые фактически касаются стенок цилиндра. Есть два типа поршневых колец, которые выполняют разные функции. Самые верхние кольца называются компрессионными. Они плотно прижимаются к стенкам цилиндра, образуя очень плотное уплотнение, позволяющее сгорать без утечки. Нижнее кольцо называется масляным кольцом, которое помогает предотвратить утечку или просачивание масла в камеру.Масло обычно поступает из картера под ним. Масляное кольцо также служит для соскабливания излишков масла, которое может присутствовать на стенках цилиндра, и толкания его обратно в картер.

Коленчатый вал

Поршни движутся вверх и вниз, так как же это перемещает нашу машину, если мы хотим двигаться в горизонтальном направлении, а не в вертикальном? Что ж, эту работу по преобразованию движения поршней вверх и вниз во вращательное движение лучше всего доверить коленчатому валу. Вашему автомобилю необходимо это вращательное движение, чтобы вращать колеса вашего автомобиля.Коленчатый вал ориентирован продольно по отношению к блоку двигателя, как правило, расположен рядом с нижней частью блока. На одном конце коленчатого вала находится система резиновых ремней, которые соединяют его с распределительным валом. Это обеспечивает питание других компонентов или частей вашего автомобиля. На другом конце коленчатого вала система соединяет его с трансмиссией автомобиля, которая эффективно передает мощность вашим колесам. Сальники находятся на обоих концах коленчатого вала, чтобы предотвратить просачивание или утечку масла из двигателя автомобиля.

Защита коленчатого вала — это корпус, который также находится под блоком двигателя. Картер — это то, что защищает коленчатый вал и все другие критически чувствительные компоненты, включая шатуны, от постороннего мусора и пыли, которые могут подорвать их оптимальную работу. В картере есть секция, в которой хранится моторное масло. Этот масляный поддон содержит масляный насос и фильтр, который по существу обеспечивает циркуляцию масла через коленчатый вал, стенки цилиндров и шатунные подшипники.Это помогает облегчить перемещение поршня по цилиндру.

Коленчатый вал также содержит уравновешивающие выступы, расположенные в любом месте по длине коленчатого вала. Эти выступы служат для уравновешивания коленчатого вала, чтобы он не создавал чрезмерных нагрузок и вибрации в двигателе при его вращении. Есть и коренные подшипники, расположенные по длине вала. Они обеспечивают более гладкую поверхность между блоком цилиндров и коленчатым валом, что позволяет более эффективно вращать последний.

Распредвал

Для того, чтобы двигатель работал, ему нужна точность при добавлении топлива, смешивании воздуха, приложении давления и подаче электрического заряда. Любой просчет в любом из этих компонентов может привести к потере мощности в двигателе или даже к его повреждению. Вот почему функция распределительного вала очень важна. Он служит для обеспечения точного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, чтобы обеспечить своевременное сгорание топлива и обеспечить оптимальную производительность двигателя.Распределительный вал работает в тандеме с коленчатым валом вашего автомобиля за счет ремня ГРМ. Именно по этой причине многие смотрят на распределительный вал как на мозг двигателя.

Распредвалы расположены чуть выше коленчатого вала. Рядные двигатели обычно имеют один распредвал, который управляет как впускным, так и выпускным клапанами. Однако в двигателе с V-образной конфигурацией один распределительный вал будет управлять клапанами, расположенными на одной стороне конфигурации, в то время как другой распределительный вал будет управлять клапанами на другой стороне.Также существуют определенные V-образные конфигурации, которые предусматривают 2 отдельных распредвала для каждого ряда цилиндров. Последние инновации в двигателях теперь используют один распределительный вал для работы как с впускными, так и с выпускными клапанами, в том числе с регулируемыми фазами газораспределения.

Система синхронизации

Очень важно, чтобы коленчатый вал и распределительный вал работали вместе, чтобы помочь обеспечить оптимальную работу двигателя. Вот почему они должны общаться друг с другом. Единственный способ сделать это — использовать ремень ГРМ, также называемый цепью ГРМ, часто в зависимости от используемого материала.На самом деле нет ничего слишком сложного в роли цепи или ремня ГРМ в работе двигателя. Ему просто нужно убедиться, что распредвал и коленчатый вал каждый раз и все время находятся в одном и том же положении относительно друг друга. Если они не синхронизируются, двигатель просто не будет работать или, что еще хуже, создаст хаос в движении, что приведет к полному отказу и повреждению двигателя.

Клапанный механизм

Над головкой блока цилиндров расположен клапанный механизм двигателя, который состоит из клапанов, подъемников, коромысел и рычагов.Технически эта механическая система в вашем двигателе — это то, что точно контролирует эффективное функционирование клапанов двигателя.

Клапаны

Думайте о клапанах как о своем носе. Чтобы почувствовать себя живым, нужно дышать воздухом; вам также необходимо выдохнуть, чтобы продукты метаболизма не накапливались внутри вашего тела. Хотя аналогия может упускать из виду, клапаны — это отверстия, через которые воздух и топливо впрыскиваются в камеру сгорания, и это также отверстия, которые направляют побочные продукты сгорания наружу.Те клапаны, которые пропускают топливо и воздух в камеру, называются впускными клапанами, а те, которые выводят побочные продукты сгорания наружу, известны как выпускные клапаны. Вместе они образуют более эффективные средства использования энергии, накопленной в топливе, и управления побочными продуктами сгорания в виде выхлопных газов.

Обычно один цилиндр содержит по одному впускной и выпускной клапаны. Однако большинство высокопроизводительных автомобилей будет иметь 2 впускных и 2 выпускных клапана на каждый цилиндр, в результате чего их количество доходит до 4.Тем не менее, есть такие, которые стремятся найти компромисс между конфигурацией с 2 и 4 клапанами на цилиндр, обеспечивая 3–2 впуска и 1 выпуск. Как правило, чем больше клапанов на цилиндр, тем лучше рабочие характеристики двигателя, поскольку это обеспечивает более эффективное «дыхание» двигателя.

Коромысла

Судя по названию «рокер», вы можете представить его как качели. Коромысло касается кулачков распределительного вала таким образом, что если один кулачок толкает один конец коромысла вверх, противоположный конец коромысла будет давить на шток клапана, открывая его так, чтобы воздух поступал или выхлопные трубы выходили.

Толкатели и подъемники

Есть некоторые типы двигателей, особенно те, которые классифицируются как верхние распределительные валы, которые не допускают контакта между кулачками распределительного вала и коромыслом. В таких случаях подъемники и толкатели используются для открытия или закрытия клапанов соответственно.

Форсунки

Мы знаем, что в камере сгорания должны присутствовать воздух и топливо, чтобы генерировать взрывную энергию, которая будет перемещать поршни и вращать коленчатый вал.Таким образом, топливо необходимо протолкнуть в камеру сгорания, где оно будет смешано с воздухом. Раньше это делал карбюратор. Сегодня подача топлива в камеру сгорания осуществляется топливными форсунками. В настоящее время существует три типа систем впрыска топлива. К ним относятся следующие.

Прямой впрыск топлива — в этой системе каждый цилиндр оснащен собственной топливной форсункой. Топливо распыляется прямо в камеру.
Портовый впрыск топлива — при этом типе впрыска топливо впрыскивается во впускной коллектор, расположенный сразу за впускным клапаном.Когда клапан открывается, топливо и воздух поступают в камеру одновременно.
Впрыск топлива через корпус дроссельной заслонки. Можно рассматривать впрыск топлива с помощью корпуса дроссельной заслонки как более совершенную форму подачи топлива через карбюратор. Единственная топливная форсунка соединяется с корпусом дроссельной заслонки, где смешиваются воздух и топливо. Затем воздушно-топливная смесь впрыскивается через впускные клапаны в цилиндры.

Свечи зажигания

Даже если у вас хорошая смесь воздуха и топлива, вам понадобится тепло, чтобы разжечь огонь.Это обеспечивается свечой зажигания. Каждый цилиндр содержит свечу зажигания, расположенную над цилиндром. Электрический заряд доставляется свечой зажигания, воспламеняя сжатую смесь воздуха и топлива. Это создает мини-взрыв, о котором мы говорили, высвобождая достаточно энергии для перемещения поршней.

Давайте попробуем резюмировать то, что мы знаем на данный момент.

Топливо и воздух смешиваются и попадают в камеру сгорания через впускные клапаны.
Когда смесь сжимается и тепло передается свечой зажигания, происходят мини-взрывы, которые приводят в движение поршни.
Затем побочные продукты сгорания выводятся из системы через выпускные клапаны.
Между тем движение поршней поворачивает коленчатый вал.
Передняя часть коленчатого вала проходит через другие части автомобиля.
Задний конец коленчатого вала управляет трансмиссией, которая передает мощность на колеса.

Так устроен автомобильный двигатель. Конечно, во все эти шаги встроены функции различных других компонентов двигателя.

Компоновки двигателя

Вас простят за то, что вы подумали, что сегодня в автомобильном мире существует только два типа конфигураций или компоновки двигателей: V и прямой или рядный. Сожалеем, что лопнули ваш пузырь, но явно есть нечто большее, чем эти две конфигурации. Здесь мы более подробно рассмотрим каждый из них.

Рядный или прямой

Как следует из этого термина, цилиндры расположены довольно просто линейно.Сегодня большинство автомобилей используют эту конфигурацию по разным причинам. Цилиндры расположены непосредственно над коленчатым валом. Примерами этого являются повсеместно распространенный рядный-4 и более европейский стандартный рядный-6. Как вы уже догадались, рядный 4 будет иметь 4 цилиндра, расположенных по прямой линии. Рядная шестерка будет иметь 6 цилиндров. Ауди и БМВ — фанатики, когда речь идет о рядной шестерке.

К преимуществам прямой или линейной конфигурации можно отнести следующее:

Компактный и легкий
Повышенная экономия топлива
Идеально для современных переднеприводных автомобилей
Легко настраиваемый
Легче в обслуживании

Однако прямая или линейная компоновка имеет свои недостатки.

Ограниченный максимальный размер
Центр тяжести выше
Менее жесткий по сравнению с двигателями других конфигураций

V-образная конфигурация

Это, пожалуй, одна из самых известных конфигураций двигателя, когда речь идет о мощности. Это то, что отличает американские маслкары и экзотические спортивные автомобили от тех, которые только приукрашивают. Обычный коленчатый вал служит якорем для цилиндров, ориентированных по V под разными углами, хотя 90-градусная ориентация довольно распространена на гоночной трассе.Двигатель обычно содержит заданное количество цилиндров, которое обычно помечено буквой V. Например, V6 означает, что у вас 6 цилиндров, в то время как V8 будет иметь 8 цилиндров и так далее, и так далее.

Но зачем вам V-образная конфигурация вашего двигателя? Вот почему.

Очень компактные размеры
Позволяет использовать большее количество цилиндров
Более мощный за счет цилиндров большего объема
Обеспечивает более высокое сжатие
Превосходный уровень обработки
Очень мощный двигатель

Однако следует понимать, что конфигурация V также имеет свои недостатки.

Более сложный
Дороже в обслуживании
Очень тяжелый

Плоская или боксерская конфигурация

Популяризованный народным автомобилем VW Beetle, плоский или оппозитный двигатель явно потерял популярность у многих ведущих производителей автомобилей, хотя Porsche и Subaru все еще производят свои двигатели в этой конфигурации. Для боксера характерны поршни, которые расположены горизонтально напротив друг друга, причем поршни имитируют движение рук боксера, отсюда и название.Конфигурация делает двигатель широким и низким с общим коленчатым валом, зажатым между двумя рядами цилиндров, в которых расположены горизонтально расположенные поршни.

К преимуществам квартиры или боксера можно отнести:

Низкий центр тяжести
Лучшая управляемость
Превосходный баланс, обеспечивающий более плавную работу
Минимальная потеря мощности
Меньше веса и нагрузки на коленчатый вал
Идеально для автоспорта

К недостаткам можно отнести:

Необычно широкий
Более хриплый, чем прямой или рядный
Более сложный

Двигатель Ванкеля или роторный двигатель

До 2012 года двигатель Ванкеля зарекомендовал себя как одна из самых инновационных конфигураций двигателя, любезно предоставленных Mazda.Одна из самых привлекательных особенностей Wankel заключается в том, что в нем очень мало движущихся частей, что придает ему очень компактный дизайн. К сожалению, он плохо справлялся с нормами загрязнения и потребления, поэтому он никогда не выходил за рамки платформы Mazda. Вместо поршней Ванкель использовал роторы для получения энергии из камеры сгорания. Кроме того, вместо вращения коленчатого вала вокруг коленчатого вала фактически вращался весь блок цилиндров. Эксцентриковый вал окружен 3-х сторонним симметричным центральным ротором, что позволило повысить эффективность, поскольку за одно вращение ротора уже выполнялись полные 4 такта двигателей внутреннего сгорания.

Ванкель имеет следующие преимущества.

Исключительно высокое соотношение мощности и веса
Очень мало подвижных частей
Простой дизайн, но эффективная конструкция
Очень изысканный
Высокие обороты

Тем не менее, он имел серьезные недостатки.

Более высокие выбросы газов
Чрезмерное тепло
Требуется более частый ремонт двигателя из-за выхода из строя вращающихся уплотнений

Двигатель W

Если вам нравится Bugatti Veyron, то вам понравится конфигурация двигателя W.Это очень необычная конфигурация двигателя, впервые разработанная и произведенная исключительно компанией Volkswagen. Вы можете смотреть на это как на комбинацию двух V-образных двигателей, расположенных в довольно тесном положении. Это придает цилиндрам своеобразное W-образное расположение. На одном коленчатом валу 4 ряда цилиндров. Уникальное расположение цилиндров позволяет W-образному двигателю получить очень компактную конструкцию, несмотря на то, что он может вместить больше цилиндров, чем любая другая конфигурация. К сожалению, это также делает его очень сложным в обслуживании, не говоря уже об исключительно дорогостоящем.Поскольку в более плотной конфигурации больше цилиндров, рабочие температуры имеют тенденцию быть необычно высокими.

Разница между 2-тактным и 4-тактным ходом

Двигатели классифицируются не только по их конфигурации или компоновке; их также можно классифицировать по силовому или термодинамическому циклу, выполняемому поршнями. Обычно это количество ходов, необходимое для завершения цикла. Два более распространенных типа термодинамических циклов включают двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель.Мы попытаемся провести различие между этими двумя системами, прежде чем более подробно рассмотрим, как работает каждая система.

Двигатель 2-х тактный

Как следует из названия, этому типу двигателя требуется два такта для завершения термодинамического цикла. Обычно они используются в мотоциклах, а также в бензопилах и газонокосилках. Термодинамический цикл завершается при каждом обороте коленчатого вала.

1: 1 рабочий ход к обороту коленчатого вала
Требуется более легкий маховик
Двигатель работает сбалансировано благодаря соотношению рабочего хода к обороту коленчатого вала 1: 1
Двигатель обычно легче
Двигатель имеет простую конструкцию, поскольку не требует клапанного механизма
Дешевле, чем четырехтактный двигатель
Более эффективен с точки зрения механики благодаря меньшему трению
Двигатель обычно с воздушным охлаждением
Двигатель нагревается
Менее мощный
Менее экономичный
Шумное
Менее термически эффективный
Требуется больше смазки
Двигатель состоит из впускного и выпускного отверстий
Более частый износ и более частый износ

Двигатель 4-х тактный

Для этого типа двигателя требуется 4 такта для завершения термодинамического цикла, который эквивалентен 2 оборотам коленчатого вала.Они используются, в частности, в автомобилях, таких как автобусы, легковые и грузовые автомобили.

соотношение 1: 2; требуется 2 оборота коленчатого вала для достижения рабочего хода
Требуется более тяжелый маховик
Двигатель обычно работает неуравновешенно из-за непропорционального вращения коленчатого вала относительно завершения одного термодинамического цикла
Двигатель относительно тяжелый и имеет сложную конструкцию благодаря включению клапанного механизма
Дороже, чем двухтактный двигатель
Повышенное трение из-за большого количества движущихся частей
Более мощный
Двигатель работает намного холоднее, чем двухтактный двигатель
Двигатель водяного охлаждения
Более экономичный, поскольку позволяет полностью сжигать топливо
Требуется больше места в моторном отсеке
Требуется сложная смазка
Двигатель работает тише
Двигатель с впускными и выпускными клапанами
Термически эффективнее
Потребляет значительно меньше смазочного масла
Меньший износ движущихся частей

Для дальнейшего упрощения

4-тактные двигатели — Для автомобилей, таких как легковые автомобили, грузовики, автобусы, фургоны, внедорожники.
2-тактные двигатели — Для мотоциклов, скутеров, мопедов и т.п.

Как работают двухтактные двигатели

В предыдущем разделе мы различали двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель. Для простоты двухтактные двигатели имеют небольшие размеры и лучше всего подходят для небольших транспортных средств, таких как мотоциклы, мопеды и даже электроинструменты, такие как газонокосилки.Но почему этот тип двигателя используется только в этих типах машин? Давайте посмотрим, как работает двухтактный двигатель.

Как мы уже упоминали выше, двухтактному двигателю требуется всего 2 такта для завершения одного цикла мощности или одного термодинамического цикла. Это означает, что для завершения энергетического цикла требуется всего один оборот коленчатого вала. Таким образом, необходимо использовать как цилиндр, так и картер, чтобы обеспечить завершение цикла всего за 2 хода. Вот как.

Впускной

По мере движения поршня вверх в картере создается разрежение.Это эффективно направляет топливно-воздушную смесь в картер через тарельчатый впускной клапан или поворотный клапан, который сегодня используется во многих двухтактных двигателях.

Компрессия картером

По мере того, как поршень движется вниз, давление внутри картера увеличивается, заставляя тарельчатый клапан или поворотный клапан закрыться. Это сжимает топливно-воздушную смесь в течение оставшейся части хода вниз.

Передаточно-выпускной

Когда ход приближается к завершению, впускное отверстие открывается поршнем.Это позволяет сжатой смеси топлива и воздуха проталкиваться к главному цилиндру, проходя вокруг поршня. Это также подталкивает выхлопные газы к выпускному отверстию. К сожалению, часть свежей смеси воздуха и топлива обычно тоже выбрасывается.

Компрессия

Поршень поднимается для сжатия топливовоздушной смеси. Пока это происходит, под поршнем инициируется еще один такт впуска.

Как работают четырехтактные двигатели

Четырехтактный двигатель работает по существу так же, как двухтактный двигатель, за исключением того, что ему требуется 2 оборота коленчатого вала для завершения одного цикла мощности или термодинамического цикла.Это означает, что у вас есть ход вверх и вниз для каждого оборота, и вам нужно два набора движений поршня вверх и вниз для создания цикла мощности. Давайте посмотрим поближе.

Впускной

Когда поршень движется вниз через цилиндр, он создает вакуум, который эффективно втягивает воздух в цилиндр. Воздух поступает в цилиндр через впускной клапан. В то же время топливо впрыскивается в цилиндр топливной форсункой для создания воздушно-топливной смеси.

Компрессия

Для сжатия воздушно-топливной смеси впускные клапаны закрываются, и коленчатый вал перемещает поршень вверх.

Горение

Как только поршень достигает верхней части цилиндра, свеча зажигания излучает электрический разряд, воспламеняющий топливно-воздушную смесь. В результате взрыва или возгорания огромная энергия снова толкает поршень к нижней части цилиндра.

Выхлоп

Как только поршень достигает дна цилиндра, выпускные клапаны открываются.Это создает перепад давления, в результате чего поршень снова перемещается вверх. Это движение поршня вверх — это то, что выталкивает выхлопные газы из цилиндра.

2- и 4-тактные дизельные двигатели

Дизельные двигатели во многом похожи на бензиновые, поскольку они по-прежнему являются двигателями внутреннего сгорания. Вам все равно нужно будет смешать воздух и топливо и приложить немного тепла, чтобы смесь взорвалась, высвобождая свою энергию. Эта энергия затем используется для запуска транспортного средства.Однако, в отличие от бензиновых двигателей, дизели намного проще. Вот как они работают.

Воздух поступает в цилиндр и сжимается поршнями до 25 раз. Для сравнения: сжатие воздуха в бензиновом двигателе составляет примерно 1/10 объема воздуха. Итак, если вы вводите 100 куб. См воздуха, бензиновый двигатель сжимает его только до 10 куб. В отличие от этого, дизельный двигатель сжимает около 2500 куб.см в том же ограниченном пространстве. Мы знаем из физики, что сжатие такого огромного объема воздуха в очень крошечное пространство будет возбуждать молекулы газа, создавая трение.И всякий раз, когда возникает трение, выделяется тепло. Это делает сжатый воздух в дизельных двигателях чрезвычайно горячим, обычно не ниже 1000 ° C ^O
Затем в этот сверхгорячий сжатый воздух распыляется топливный туман. Это по существу воспламеняет топливо без необходимости в свече зажигания. Это то, что делает его исключительно эффективным, поскольку сгорание больше не зависит от тепла, выделяемого свечой зажигания. Воздух может стать очень горячим, поэтому простого введения строго контролируемого топлива достаточно, чтобы вызвать самовозгорание.
Сгорание толкает поршень вниз, поворачивая коленчатый вал и передавая мощность на колеса.
Когда поршень возвращается в исходное положение, он выталкивает выхлопные газы наружу через выпускной клапан.

Технически процесс аналогичен бензиновому двигателю, за исключением трех очень важных отличий:

Перед добавлением топлива сначала необходимо сжать воздух до достаточно высокого уровня
Значительно более высокая степень сжатия воздуха, всасываемого в цилиндр
Самовозгорание в результате исключительно высокой температуры сжатого воздуха

Итак, в чем разница между двухтактным и четырехтактным дизельным двигателем? Как и в бензиновых двигателях, разница заключается в количестве тактов мощности при каждом обороте коленчатого вала, при этом 2-тактный двигатель обеспечивает передаточное число 1: 1, а 4-тактный дает соотношение числа оборотов силового цикла к числу оборотов коленчатого вала 1: 2.

Интерференция против двигателей без помех

Двигатели также можно классифицировать по величине зазора поршней относительно клапанов. Их называют двигателями с помехами и невмешательствами.

Интерференционные двигатели

Это двигатели с очень маленьким зазором или зазором между поршнями и клапанами. Его также называют двигателем с «разрушительной головкой», поскольку отказ цепи привода ГРМ или ремня привода ГРМ может привести к повреждению клапана.Эти двигатели зависят от полностью функционирующих зубчатых ремней, цепей или шестерен, которые помогают предотвратить удар поршня или контакт с клапанами. Система газораспределения должна обеспечивать полное закрытие клапанов, как только поршень оказывается около верхней мертвой точки цилиндра. Хотя эти двигатели могут быть немного разрушительными, они обычно используются в 4-тактных двигателях из-за более высокой степени сжатия, которую они обеспечивают двигателю. Таким образом, крайне важно провести тщательное профилактическое обслуживание различных компонентов привода ГРМ, а также распределительных валов, чтобы предотвратить серьезные внутренние повреждения двигателя.

Двигатели без помех

Зазор или пространство между клапанами и поршнями в этих типах двигателей больше. Это помогает гарантировать, что поршень не столкнется с клапанами, даже если последние находятся в полностью открытом положении. Хотя это не может привести к серьезным внутренним повреждениям двигателя, тем не менее, это может привести к проблемам с безопасностью и удобством, поскольку ваш двигатель просто перестанет работать.

Понимание того, как работает двигатель вашего автомобиля, имеет решающее значение для поддержания его в отличной форме.Независимо от типа двигателя, который установлен в вашем автомобиле, основной принцип во всем одинаков. Вашему двигателю необходимо преобразовывать химическую энергию, содержащуюся в вашем топливе, в тепловую, чтобы задействовать различные механизмы, создающие механическую энергию в процессе. Это, в свою очередь, то, что движет или управляет вашей машиной.

Чтобы помочь вашему двигателю поддерживать максимальную производительность, наши руководства по покупке лучших автомобильных аккумуляторов, присадок к маслам, бустеров октанового числа и синтетических моторных масел.

Источники:

Как работает двигатель автомобиля? — У.С. Новости
Как работают автомобильные двигатели — howstuffworks
Gearhead 101: понимание того, как работает двигатель вашего автомобиля — искусство мужества

Подробное описание работы двигателя и его компонентов

Вы когда-нибудь задумывались, насколько увлекательна машина? Это устройство, в которое вы наливаете немного жидкости, садитесь на стул и простыми движениями руки и ног добираетесь до нужного места.Около 200 лет назад никто бы даже не подумал, что в будущем у вас появятся 4-колесные закрытые металлические вагоны, способные преодолевать расстояние более 27 метров за одну секунду. Но это произошло, и при нынешних темпах дела будут только улучшаться. Сегодня мы рассмотрим работу компонента автомобиля, который позволяет ему двигаться с такой скоростью, — двигателя. Мы рассмотрим его сложные компоненты и их отдельные функции. Итак, давайте начнем с этой статьи и разберемся, как работает автомобильный двигатель.

Как работает автомобильный двигатель: 3 основные части

В общих чертах, двигатель можно разделить на три основные части: головку, блок и масляный поддон.

1. Головка блока цилиндров представляет собой канал, по которому топливо поступает в камеру двигателя и выходит из выхлопных газов. Его ключевые компоненты — распределительные валы, клапаны и свеча зажигания.

2. В блоке цилиндров происходит все сгорание. Ключевыми компонентами здесь являются камера сгорания, поршень и коленчатый вал.

3. Масляный поддон составляет самую нижнюю часть двигателя. Его ключевые компоненты — масляный поддон и масляный фильтр.

Как работает автомобильный двигатель: фундаментальный рабочий процесс

Современный автомобильный двигатель — это 4-тактный двигатель, что означает, что он развивает полезную мощность за 4 такта. Каждый ход определяется как перемещение поршня из самого нижнего положения (нижняя мертвая точка) в самое верхнее положение (верхняя мертвая точка) и наоборот. К 4-тактным двигателям относятся следующие: ход впуска, ход сжатия, ход мощности, ход выпуска.Вот обзорная блок-схема процессов, происходящих от начала цикла питания до конца:

Как работает автомобильный двигатель: процессы в головке двигателя

Процесс сгорания начинается в головке двигателя, а именно во впускном коллекторе. Впускной коллектор — это канал, по которому топливовоздушная смесь поступает в камеру сгорания. Воздух всасывается непосредственно в коллектор из корпуса дроссельной заслонки. С другой стороны, топливо впрыскивается в конец коллектора через сопло, называемое топливным инжектором.

Далее переходим к крану управления выпуском топлива, клапану. Проще говоря, клапан — это устройство, которое закрывает камеру во время сгорания и открывает заслонку, когда топливо должно поступить в камеру или газы должны выйти. Клапаны открываются и закрываются в зависимости от того, какой ход происходит. Открытие и закрытие клапанов осуществляется штоком привода, известным как распределительный вал.

Распределительный вал представляет собой цилиндрический стержень с каплевидными выступами, известными как кулачки.Когда острый конец кулачка вращается напротив клапана, он толкает клапан вниз и открывает порт. Как только острый конец переходит обратно в круглый, пружины клапана возвращают клапан в исходное положение и закрывают порт. Вращение распределительного вала связано с вращением коленчатого вала через ремни и шкивы. Время вращения синхронизируется с помощью очень тонкого и точного механизма синхронизации, который можно регулировать вручную.

Видео предоставлено: YouTube

Как работает автомобильный двигатель: процессы в блоке двигателя

А теперь приступим к серьезному делу, т.е.е. процесс горения. Процесс сгорания происходит внутри камеры сгорания в головке. Здесь самая важная деталь — поршень. Вращательная сила, создаваемая колесами, начинается с движения поршня. Поршень генерирует полезную мощность за 4 хода или 4 движения поршня от конца до конца. Давайте подробно рассмотрим эти 4 штриха:

4 такта двигателя:

1. Ход впуска: Сгорание начинается с поршня в верхней мертвой точке или положении ВМТ.Теперь поршень начинает двигаться вниз. Непосредственно перед тем, как поршень начинает движение вниз, впускной клапан открывается. Когда поршень движется вниз, он всасывает свежую воздушно-топливную смесь из коллектора. Когда поршень достигает нижней мертвой точки или НМТ, камера заполняется топливовоздушной смесью.

2. Ход сжатия: Когда поршень достигает НМТ, начинается такт сжатия. Непосредственно перед тем, как поршень достигнет крайнего нижнего положения, впускной клапан закрывается. Теперь поршень движется вверх.По мере продвижения вверх он сжимает топливно-воздушную смесь, так как ей некуда вырваться при закрытых клапанах.

3. Power Stroke: Непосредственно перед тем, как поршень достигнет самого верхнего положения в такте сжатия, свеча зажигания, установленная на головке блока цилиндров, испускает очень крошечную искру. Когда эта искра вступает в контакт со сжатой топливно-воздушной смесью, она воспламеняется. После воспламенения пламя быстро расширяется. Поскольку клапаны по-прежнему закрыты, пламени некуда выйти, и он толкает поршень вниз.Это рабочий ход, при котором полезная мощность генерируется движением поршня.

* Note — Дизельные двигатели не имеют свечей зажигания. Вместо этого топливная форсунка находится в этом положении. На дизельных двигателях механизм сгорания немного другой. Во время такта впуска в камеру сгорания направляется только горячий воздух. Затем этот воздух сжимается, что приводит к еще большему нагреву. Во время рабочего такта форсунка распыляет топливо, которое при контакте с горячим воздухом загорается и начинает горение.Остающийся цикл такой же, как у бензинового двигателя.

Также читайте: Бензин против дизельного двигателя: объяснение различий

4. Такт выпуска : Последним идет ход выпуска. Поршень с импульсом, полученным от предыдущего хода, начинает двигаться обратно вверх. Когда он начинает двигаться, открывается выпускной клапан. Остаточные газы от процесса сгорания выталкиваются наружу. На этом один 4-тактный цикл завершается. После этого поршень снова перемещается из ВМТ в НМТ, и цикл возобновляется.

Gif Предоставлено Pinterest

* Note- Вам может быть интересно, когда вы заводите машину из выключенного положения, как поршень получает силу, чтобы двигаться вниз. Об этом позаботится стартер. Когда вы включаете автомобиль ключом, стартер обеспечивает начальное усилие для перемещения поршня вниз, что запускает цикл сгорания. После этого импульс, создаваемый в каждом энергетическом цикле, обеспечивает необходимую силу для перемещения поршня.

Поршень соединен с вращающимся валом, называемым коленчатым валом, через шатун. Поршень соединен со смещенными выступами на шатуне, называемыми шатунными шейками. Таким образом, он эффективно преобразует движение поршня вверх и вниз во вращательное движение. Вращение коленчатого вала — это то, что достигает колеса, проходя по пути через различные детали и компоненты. Мы подробно рассмотрим, как мощность достигает колес, в другой статье.

Как работает автомобильный двигатель: масляный поддон

Масляный поддон — самая нижняя часть двигателя.Масляный поддон предназначен для хранения и подачи смазочного масла к различным движущимся частям двигателя. Две основные части расположены в масляном картере, масляном поддоне и масляном насосе. Масляный поддон — это резервуар, в котором хранится вся смазка. В этот масляный поддон погружен масляный насос, который всасывает масло и передает его в смазочный канал.

Масляный насос имеет небольшой сетчатый фильтр на отверстии, который используется для фильтрации крупного мусора. Как только масло всасывается насосом, оно направляет масло к первичному масляному фильтру, который также удаляет все более мелкие частицы и металлические частицы.Затем это масло попадает в смазочный канал и разбрызгивается вокруг различных частей двигателя. Это масло возвращается через отдельный канал и отправляется обратно в отстойник, где процесс возобновляется.

* Примечание- Масло распыляется непосредственно на камеру сгорания, чтобы обеспечить плавное движение поршня вверх и вниз. Но смесь масла и топлива приведет к неправильному сгоранию. Так как же смазывается втулка поршня? Поршень имеет набор колец, которые проходят по окружности.Каждый раз, когда поршень достигает НМТ во время 4-тактного цикла, масло разбрызгивается на стенки камеры сгорания. Когда поршень начинает опускаться, разбрызгивание масла прекращается, и кольца соскребают излишки масла со стенок. Таким образом, масло и топливо никогда не смешиваются.

Итак, это подводит итог нашему объяснению того, как работает автомобильный двигатель. В следующей главе мы продолжим с того места, где мы остановились, с коленчатого вала. Там мы увидим, как мощность передается от двигателя и различных компонентов, с которыми она сталкивается на своем пути.Оставьте комментарий ниже, если у вас есть какие-либо сомнения или предложения по этой статье, и продолжайте посещать наш блог , чтобы получить больше таких интересных статей.