Що означає двигун внутрішнього згоряння? Двигун внутрішнього згоряння – історія створення. Як працює двигун - анімація

У пристрої двигуна поршень є ключовим елементом робочого процесу. Поршень виконаний у вигляді металевої склянки порожнистої, розташованого сферичним дном (головка поршня) вгору. Напрямна частина поршня, інакше звана спідницею, має неглибокі канавки, призначені для фіксації поршневих кілець. Призначення поршневих кілець – забезпечувати, по-перше, герметичність надпоршневого простору, де при роботі двигуна відбувається миттєве згоряння бензиново-повітряної суміші і газ, що розширюється, не міг, обігнувши спідницю, прямувати під поршень. По-друге, кільця запобігають попаданню олії, що знаходиться під поршнем, у надпоршневий простір. Таким чином, кільця у поршні виконують функцію ущільнювачів. Нижнє (нижні) поршневе кільце називається маслознімним, а верхнє (верхні) - компресійним, тобто забезпечує високий ступінь стиснення суміші.

Коли з карбюратора або інжектора всередину циліндра потрапляє паливно-повітряна або паливна суміш, вона стискається поршнем при русі вгору і підпалюється електричним розрядом від свічки системи запалювання (в дизелі відбувається самозаймання суміші за рахунок різкого стиснення). Гази згоряння, що утворюються, мають значно більший об'єм, ніж вихідна паливна суміш, і, розширюючись, різко штовхають поршень вниз. Таким чином теплова енергія палива перетворюється на зворотно-поступальний (вгору-вниз) рух поршня в циліндрі.

Далі необхідно перетворити цей рух на обертання валу. Відбувається це так: усередині спідниці поршня розташований палець, на якому закріплюється верхня частина шатуна, останній шарнірно зафіксований на кривошипі колінчастого валу. Колінвал вільно обертається на опорні підшипники, що розташовані в картері двигуна внутрішнього згоряння. При русі поршня шатун починає обертати коленвал, з якого момент, що крутить, передається на трансмісію і - далі через систему шестерень - на провідні колеса.

Технічні характеристики двигуна. Характеристики двигуна При русі вгору-вниз у поршня є два положення, які називаються мертвими точками. Верхня мертва точка (ВМТ) - це момент максимального підйому головки і всього поршня вгору, після чого він починає рух вниз; нижня мертва точка (НМТ) – найнижче положення поршня, після якого вектор напрямку змінюється і поршень спрямовується вгору. Відстань між ВМТ і НМТ названо ходом поршня, об'єм верхньої частини циліндра при положенні поршня у ВМТ утворює камеру згоряння, а максимальний об'єм циліндра при положенні поршня НМТ називається повним об'ємом циліндра. Різниця між повним об'ємом та об'ємом камери згоряння отримала найменування робочого об'єму циліндра.
Сумарний робочий об'єм всіх циліндрів двигуна внутрішнього згоряння вказується в технічних характеристиках двигуна, що виражається в літрах, тому в побуті називається літражем двигуна. Другий найважливішою характеристикоюбудь-якого ДВС є ступінь стиснення (СС), що визначається як окреме від розподілу повного об'єму на об'єм камери згоряння. У карбюраторних двигунів СС варіює в інтервалі від 6 до 14, у дизелів – від 16 до 30. Саме цей показник поряд з об'ємом двигуна визначає його потужність, економічність та повноту згоряння паливо-повітряної суміші, що впливає на токсичність викидів при роботі ДВЗ .
Потужність двигуна має бінарне позначення – у кінських силах (к.с.) та кіловатах (кВт). Для переведення одиниць одна в іншу застосовується коефіцієнт 0,735, тобто 1 л. = 0,735 квт.
Робочий цикл чотиритактного ДВЗ визначається двома оборотами колінчастого валу - по півоберта на такт, що відповідає одному ходу поршня. Якщо двигун одноциліндровий, то в його роботі спостерігається нерівномірність: різке прискорення ходу поршня при вибуховому згорянні суміші та уповільнення його при наближенні до НМТ і далі. Для того, щоб цю нерівномірність купірувати, на валу за межами корпусу двигуна встановлюється потужний диск-маховик з великою інерційністю, завдяки чому момент обертання валу в часі стає більш стабільним.

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння
Сучасний автомобіль, найчастіше, рухається двигуном внутрішнього згоряння. Таких двигунів існує безліч. Розрізняються вони обсягом, кількістю циліндрів, потужністю, швидкістю обертання, використовуваним паливом (дизельні, бензинові та газові ДВЗ). Але, важливо, пристрій двигуна внутрішнього згоряння, схоже.
Як працює двигун і чому називається чотиритактним двигуном внутрішнього згоряння? Про внутрішнє згоряння відомо. Усередині двигуна згоряє паливо. А чому 4 такти двигуна, що це таке? Справді, бувають двотактні двигуни. Але на автомобілях вони використовуються дуже рідко.
Чотирьохтактний двигун називається через те, що його роботу можна розділити на чотири, рівні за часом, частини. Поршень чотири рази пройде циліндром – два рази вгору і двічі вниз. Такт починається при знаходженні поршня у крайній нижній або верхній точці. У автомобілістів-механіків це називається верхня мертва точка (ВМТ) та нижня мертва точка (НМТ).
Перший такт - такт впуску

Перший такт, він же впускний, починається з ВМТ (верхньої мертвої точки). Рухаючись вниз, поршень, всмоктує в циліндр паливоповітряну суміш. Робота такту відбувається при відкритому клапані впуску. До речі, існує багато двигунів із кількома впускними клапанами. Їхня кількість, розмір, час перебування у відкритому стані може суттєво вплинути на потужність двигуна. Є двигуни, в яких залежно від натискання на педаль газу відбувається примусове збільшення часу знаходження впускних клапанів у відкритому стані. Це зроблено для збільшення кількості палива, що всмоктується, яке, після займання, збільшує потужність двигуна. Автомобіль у цьому випадку може набагато швидше прискоритися.

Другий такт – такт стиснення

Наступний такт роботи двигуна – такт стискування. Після того як поршень досяг нижньої точки, він починає підніматися вгору, тим самим стискаючи суміш, яка потрапила в циліндр в такт впуску. Паливна суміш стискається до обсягів згоряння камери. Що це за така камера? Вільний простір між верхньою частиною поршня та верхньою частиною циліндра при знаходженні поршня у верхній мертвій точці називається камерою згоряння. Клапани в цей такт роботи двигуна закриті повністю. Чим щільніше вони закриті, тим стиснення відбувається якісніше. Велике значення має, у разі, стан поршня, циліндра, поршневих кілець. Якщо є великі зазори, то хорошого стиснення не вийде, а, відповідно, потужність такого двигуна буде набагато нижчою. Компресію можна перевірити спеціальним приладом. За величиною компресії можна зробити висновок про ступінь зношування двигуна.

Третій такт – робочий хід

Третій такт – робітник, що починається з ВМТ. Робітником він називається невипадково. Адже саме в цьому такті відбувається дія, що змушує автомобіль рухатися. У цьому вся такті в роботу вступає система запалювання. Чому така система так називається? Та тому, що вона відповідає за підпалювання паливної суміші, стиснутої в циліндрі, камері згоряння. Працює це дуже просто – свічка системи дає іскру. Заради справедливості, варто зауважити, що іскра видається на свічці запалювання за кілька градусів до досягнення поршнем верхньої точки. Ці градуси, в сучасному двигуні, автоматично регулюються «мозками» автомобіля.
Після того, як паливо загориться, відбувається вибух - воно різко збільшується в об'ємі, змушуючи поршень рухатися вниз. Клапани в такті роботи двигуна, як і в попередньому, знаходяться в закритому стані.

Четвертий такт – такт випуску

Четвертий такт роботи двигуна, останній – випускний. Досягши нижньої точки, після робочого такту, у двигуні починає відкриватися випускний клапан. Таких клапанів, як і впускних, може бути кілька. Рухаючись вгору, поршень через цей клапан видаляє гази, що відпрацювали, з циліндра – вентилює його. Від чіткої роботи клапанів залежить ступінь стиснення в циліндрах, повне видалення відпрацьованих газів і необхідну кількість паливно-повітряної суміші, що всмоктується.

Після четвертого такту настає черга першого. Процес повторюється циклічно. А за рахунок чого відбувається обертання - робота двигуна внутрішнього згоряння всі 4 такти, що змушує поршень підніматися і опускатися в тактах стиснення, випуску та впуску? Справа в тому, що не вся енергія, яка отримується в робочому такті, прямує на рух автомобіля. Частина енергії йде на розкручування маховика. А він, під дією інерції, крутить колінчастий валдвигуна, переміщуючи поршень під час «неробочих» тактів.

Газорозподільчий механізм

Газорозподільний механізм (ГРМ) призначений для упорскування палива та випуску відпрацьованих газів у двигунах внутрішнього згоряння. Сам механізм газорозподілу ділиться на нижньоклапанний, коли розподільний валзнаходиться в блоці циліндрів і верхньоклапанний. Верхньоклапанний механізм має на увазі знаходження розподільного валу в головці. блоку циліндрів(ГБЦ). Існують і альтернативні механізми газорозподілу, такі як гільзова система ГРМ, десмодромна система та механізм із змінними фазами.
Для двотактних двигунів механізм газорозподілу здійснюється за допомогою впускних та випускних вікон у циліндрі. Для чотиритактних двигунів найпоширеніша система верхньоклапанна, про неї і йтиметься нижче.

Пристрій ГРМ
У верхній частині блоку циліндрів знаходиться ГБЦ (головка блоку циліндрів) з розташованими на ній розподільчим валом, клапанами, штовхачами або коромислами. Шків приводу розподільного валу винесений за межі головки блоку циліндрів. Для виключення протікання моторної оліїз-під клапанної кришки, на шию розподільного валу встановлюється сальник. Сама клапанна кришка встановлюється на масло-бензостійку прокладку. Ремінь ГРМ або ланцюг одягається на шків розподільного валу і приводиться в дію шестерней колінчастого валу. Для натягу ременя використовуються натяжні ролики, для ланцюга натяжні «черевики». Зазвичай ременем ГРМприводиться в дію помпа водяної системи охолодження, проміжний вал системи запалювання і привід насоса високого тиску ТНВД (для дизельних варіантів).
З протилежного боку розподільчого валуза допомогою прямої передачі або за допомогою ременя можуть приводитися в дію вакуумний підсилювач, гідропідсилювач керма або автомобільний генератор.

Розподільний вал являє собою вісь з проточеними на ній кулачками. Кулачки розташовані по валу так, що в процесі обертання, стикаючись з штовхачами клапанів, натискають на них точно відповідно до робочих такт двигуна.
Існують двигуни і з двома розподільними валами (DOHC) і великою кількістю клапанів. Як і в першому випадку, шківи приводяться в дію одним ременем ГРМ і ланцюгом. Кожен розподільний вал закриває один тип клапанів впускних або випускних.
Клапан натискається коромислом (ранні версії двигунів) чи штовхачем. Розрізняють два види штовхачів. Перший – штовхачі, де зазор регулюється калібрувальними шайбами, другий – гідроштовхачі. Гідроштовхач пом'якшує удар по клапану завдяки маслу, що знаходиться в ньому. Регулювання зазору між кулачком та верхньою частиною штовхача не потрібне.

Принцип роботи ГРМ

Весь процес газорозподілу зводиться до синхронного обертання колінчастого валу та розподільчого валу. А також відкривання впускних і випускних клапанів у певному місці положення поршнів.
Для точного розташування розподільного валу щодо колінвалу використовуються настановні мітки. Перед одяганням ременя газорозподільного механізму поєднуються та фіксуються мітки. Потім одягається ремінь, «звільняються» шківи, ​​після чого ремінь натягується натяжними роликами.
При відкритті клапана коромислом відбувається таке: розподільний вал кулачком «наїжджає» на коромисло, яке натискає на клапан, після проходження кулачка, клапан під дією пружини закривається. Клапани у разі розташовуються v-образно.
Якщо в двигуні застосовані штовхачі, то розподільний вал знаходиться безпосередньо над штовхачами, при обертанні, натискаючи своїми кулачками на них. Перевага такого ГРМ – малі шуми, невелика ціна, ремонтопридатність.
У ланцюговому двигунівесь процес газорозподілу той самий, тільки при складанні механізму, ланцюг одягається на вал разом із шківом.

Кривошипно-шатунний механізм

Кривошипно-шатунний механізм (далі скорочено – КШМ) – механізм двигуна. Основним призначенням КШМ є перетворення зворотно-поступальних рухів поршня циліндричної форми в обертальні рухи колінчастого валу в двигуні внутрішнього згоряння і навпаки.

Пристрій КШМ
Поршень

Поршень має вигляд циліндра, виготовленого із сплавів алюмінію. Основна функція цієї деталі полягає в перетворенні на механічну роботузміна тиску газу, або навпаки – нагнітання тиску за рахунок зворотно-поступального руху.
Поршень є складені воєдино днище, головку і спідницю, які виконують абсолютно різні функції. Днище поршня плоскої, увігнутої або опуклої форми містить камеру згоряння. Головка має нарізані канавки, де розміщуються поршневі кільця(компресійні та маслознімні). Компресійні кільця виключають прорив газів у картер двигуна, а поршневі маслознімні кільця сприяють видаленню надлишків олії на внутрішніх стінках циліндра. У спідниці розташовані дві боби, що забезпечують розміщення поршень з шатуном поршневого пальця.

Виготовлений штампуванням або кований сталевий (рідше – титановий) шатун має шарнірні з'єднання. Основна роль шатуна полягає у передачі поршневого зусилля до колінчастого валу. Конструкція шатуна передбачає наявність верхньої та нижньої головки, а також стрижня з двотавровим перетином. У верхній головці і бобишках знаходиться поршневий палець, що обертається («плаває»), а нижня головка - розбірна, дозволяючи, тим самим, забезпечити тісне з'єднання з шийкою валу. Сучасна технологіяконтрольованого розколювання нижньої головки дозволяє забезпечити високу точність з'єднання її частин.

Маховик встановлюється на кінці колінчастого валу. На сьогоднішній день знаходять широке застосування двомасові маховики, що мають вигляд двох, пружно з'єднаних між собою дисків. Зубчастий вінець маховика бере безпосередню участь у запуску двигуна через стартер.

Блок та головка циліндрів

Блок циліндрів і головка блоку циліндрів відливаються з чавуну (рідше сплавів алюмінію). У блоці циліндрів передбачені сорочки охолодження, ліжка для підшипників колінчастого та розподільного валів, а також точки кріплення приладів та вузлів. Сам циліндр виконує функцію направляючої для поршнів. Головка блоку циліндра має в своєму розпорядженні камеру згоряння, впускні-випускні канали, спеціальні різьбові отвори для свічок системи запалювання, втулки і запресовані сідла. Герметичність з'єднання блоку циліндрів із головкою забезпечені прокладкою. Крім того, головка циліндра закрита кришкою штампованої, а між ними, як правило, встановлюється прокладка з маслостійкої гуми.

В цілому поршень, гільза циліндрів і шатун формують циліндр або циліндропоршневу групу кривошипно-шатунного механізму. Сучасні двигуни можуть мати до 16 і більше циліндрів.

Двигун внутрішнього згоряння- Двигун, в якому паливо згоряє безпосередньо в робочій камері ( всередині ) двигуна. ДВС перетворює теплову енергію від згоряння палива в механічну роботу.

• не має додаткових елементів теплопередачі – паливо само утворює робоче тіло;
• компактніше, тому що не має цілого ряду додаткових агрегатів;
• легше;
• економічніше;
• споживає паливо, що володіє дуже жорстко заданими параметрами (випарюваністю, температурою спалаху парів, щільністю, теплотою згоряння, октановим чи цетановим числом), тому що від цих властивостей залежить сама працездатність ДВЗ.

Енциклопедичний YouTube

1 / 5

✪ Саморобний двигун(ДВС)

✪ Уповільнене відтворення двигуна внутрішнього згоряння в 150 разів.

✪ Урок 179. Двигун внутрішнього згоряння - 1

✪ Загальний пристрій двигуна внутрішнього згоряння

✪ 3D фільм. Безшатунний Двигун. The non-standard engine.

Субтитри

Історія створення

У 1807 р. французько-швейцарський винахідник Франсуа Ісаак де Риваз побудував перший поршневий двигун, званий часто двигуном де Ріваза. Двигун працював на газоподібному водні, маючи елементи конструкції, що з тих пір увійшли в наступні прототипи ДВС: поршневу групу та іскрове запалювання. Кривошипно-шатунного механізму в конструкції двигуна ще не було.

Перший практично придатний двотактний газовий ДВС був сконструйований французьким механіком Етьєном Ленуаром в 1860 році. Потужність становила 8,8 кВт (11,97 к.с.). Двигун являв собою одноциліндрову горизонтальну машину подвійної дії, що працювала на суміші повітря та світильного газу з електричним іскровим запалюванням від стороннього джерела. У конструкції двигуна з'явився кривошипно-шатунний механізм. ККД двигуна не перевищував 4,65%. Незважаючи на недоліки, двигун Ленуара набув деякого поширення. Використовувався як човновий двигун.

Познайомившись з двигуном Ленуара, восени 1860 року видатний німецький конструктор Ніколаус-Август-Отто з братом побудували копію газового двигуна Ленуара і в січні 1861 року подали заявку на патент на двигун з рідким паливом на основі газового двигуна Ленуара в Міністерство. 1863 року створив двотактний атмосферний двигун внутрішнього згоряння. Двигун мав вертикальне розташування циліндра, запалення відкритим полум'ям та ККД до 15%. Витіснив двигун Ленуара.

У 1876 р. Ніколаус Август Отто побудував досконаліший чотиритактний газовий двигун внутрішнього згоряння.

У 1885 році німецькі інженери Готтліб, Даймлер і Вільгельм Майбах розробили легкий бензиновий карбюраторний двигун. Даймлер і Майбах використовували його для створення першого мотоцикла в 1885, а в 1886 - на першому автомобілі.

Першим практично придатним трактором із двигуном внутрішнього згоряння був американський триколісний трактор lvel Дена Елборна 1902 року. Було побудовано близько 500 таких легких та потужних машин.

Практично одночасно в Німеччині на замовлення СРСР і за проектом професора Ю. В. Ломоносова за особистою вказівкою В. І. Леніна в 1924 році на німецькому заводі Есслінген (колишній Кесслер) поблизу Штутгарта побудований тепловоз Еэл2 (спочатку Юэ001).

Види двигунів внутрішнього згоряння

Якщо паливо легкозаймисте, спалах відбувається до досягнення поршнем ВМТ. Це, у свою чергу, змусить поршень провернути колінвал у зворотному напрямку – таке явище називають зворотним спалахом.

Октанове число є мірою відсоткового вмісту ізооктану в гептан-октановій суміші і відображає здатність палива протистояти самозайманню під впливом температури. Паливо з більш високими октановими числами дозволяють двигуну з високим ступенем стиснення працювати без схильності до самозаймання і детонації і, отже, мати більш високий ступінь стиснення і вищий ККД.

Бензинові інжекторні

Також, існує спосіб сумішоутворення шляхом упорскування бензину у впускний колектор або безпосередньо в циліндр за допомогою форсунок, що розпилюють (інжектор). Існують системи одноточкового (моновприск), і розподіленого упорскування різних механічних і електронних систем. У механічних системах упорскування дозація палива здійснюється плунжерно-важільний механізм з можливістю електронного коригування складу суміші. В електронних системах сумішоутворення здійснюється за допомогою електронного блокууправління (ЕБУ), що управляє електричними бензиновими форсунками.

Дизельні, із запаленням від стиску

Дизельний двигун характеризується займанням палива без використання свічки запалювання. У розігріте в циліндрі повітря від адіабатичного стиснення (до температури, що перевищує температуру займання палива) через форсунку впорскується порція палива. У процесі впорскування паливної суміші відбувається його розпилення, а потім навколо окремих крапель паливної суміші виникають вогнища згоряння, у міру впорскування паливна суміш згоряє у вигляді факела. Так як дизельні двигунине схильні до явища детонації, характерного для двигунів з примусовим займанням, у них допустимо використання більш високих ступенів стиснення (до 26), що, у поєднанні з тривалим горінням, що забезпечує постійний тиск робочого процесу, благотворно позначається на ККД цього типу двигунів, який може перевищувати 50% у випадку з великими судновими двигунами.

Дизельні двигуни є менш швидкохідними і характеризуються великим крутним моментом на валу. Також деякі великі дизельні двигуни пристосовані для роботи на важких паливах, наприклад мазутах. Запуск великих дизельних двигунів здійснюється, як правило, за рахунок пневматичної схеми із запасом стисненого повітря, або, у випадку з дизель-генераторними установками, від приєднаного електричного генератора, який при запуску виконує роль стартера.

Всупереч поширеній думці, сучасні двигуни, традиційно звані дизельними, працюють не за циклом Дизеля, а по циклу Трінклер - Сабате зі змішаним підведенням теплоти.

Недоліки дизельних двигунів обумовлені особливостями робочого циклу - більш високою механічною напруженістю, що вимагає підвищеної міцності конструкції і, як наслідок, збільшення її габаритів, ваги та збільшення вартості за рахунок ускладненої конструкції та використання дорожчих матеріалів. Також дизельні двигуни за рахунок гетерогенного згоряння характеризуються неминучими викидами сажі та підвищеним вмістом оксидів азоту у вихлопних газах.

Газові двигуни

Двигун, що спалює як паливо вуглеводні, що знаходяться в газоподібному стані за нормальних умов:

• суміші зріджених газів - зберігаються в балоні під тиском насиченої пари (до 16 атм). Випарена у випарнику рідка фаза або парова фаза суміші ступінчасто втрачає тиск в газовому редукторі до близького атмосферного, і всмоктується двигуном у впускний колектор через повітряно-газовий змішувач або впорскується у колектор впускний за допомогою електричних форсунок . Запалювання здійснюється за допомогою іскри, що проскакує між електродами свічки.
• стислі природні  гази - зберігаються в балоні під тиском 150-200 атм. Пристрій систем живлення аналогічний системам живлення зрідженим газом, відмінність - відсутність випарника.
• генераторний газ - газ, отриманий перетворенням твердого палива в газоподібне . В якості твердого паливавикористовуються:

Газодизельні

Основна порція палива готується, як в одному з різновидів газових двигунів, але запалюється не електричною свічкою, а запальною порцією дизпалива, що впорскується в циліндр аналогічно дизельному двигуну.

Роторно-поршневий

Запропоновано винахідником Ванкелем на початку ХХ ст. Основа двигуна - трикутний ротор (поршень), що обертається в камері особливої ​​8-подібної форми, що виконує функції поршня, колінвала та газорозподільника. Така конструкція дозволяє здійснити будь-який 4-тактний цикл Дизеля, Стірлінга або Отто без застосування спеціального механізму газорозподілу. За один оборот двигун виконує три повні робочі цикли, що еквівалентно роботі шестициліндрового поршневого двигуна. Будувався серійно фірмою НСУ в Німеччині (автомобіль RO-80), ВАЗом в СРСР (ВАЗ-21018 «Жигулі», ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526), ​​Маздою в Японії (Mazda RX-7, Mazda RX-8 ). При своїй принциповій простоті має низку суттєвих конструктивних складнощів, які роблять його широке впровадження дуже скрутним. Основні труднощі пов'язані зі створенням довговічних працездатних ущільнень між ротором та камерою та з побудовою системи мастила.

У Німеччині наприкінці 70-х років ХХ століття існував анекдот: «Продам НСУ, дам на додачу два колеса, фару та 18 запасних моторів у хорошому стані».

• RCV - двигун внутрішнього згоряння, система газорозподілу якого реалізована за рахунок руху поршня, який здійснює зворотно-поступальні рухи, поперемінно проходячи впускний та випускний патрубок.

Комбінований двигун внутрішнього згоряння

• - двигун внутрішнього згоряння, що є комбінацією з поршневої і лопаткової машин (турбіна, компресор), в якому обидві машини в співвідносній мірі беруть участь у здійсненні робочого процесу. Прикладом комбінованого ДВЗ служить поршневий двигун з газотурбінним наддувом (турбонаддув). Великий внесок у теорію комбінованих двигунів зробив радянський інженер, професор А. Н. Шелест.

Турбонагнітання

Найбільш поширеним типом комбінованих двигунів є поршневий з турбонагнітачем. Турбонагнітач або турбокомпресор (ТК, ТН) - це нагнітач, який рухається вихлопними газами. Отримав свою назву від слова "турбіна" (фр. turbine від лат. Turbo - вихор, обертання). Цей пристрій складається з двох частин: роторного колеса турбіни, що приводиться в рух вихлопними газами, і відцентрового компресора, закріплених на протилежних кінцях загального валу. Струмінь робочого тіла (в даному випадку, вихлопних газів) впливає на лопатки, закріплені по колу ротора, і приводить їх у рух разом з валом, який виготовляється єдиним цілим з ротором турбіни зі сплаву, близького до легованої сталі. На валу, крім ротора турбіни, закріплений ротор компресора, виготовлений з алюмінієвих сплавів, який при обертанні валу дозволяє закачувати під тиском повітря в циліндри ДВС. Таким чином, в результаті дії вихлопних газів на лопатки турбіни одночасно розкручуються ротор турбіни, вал і ротор компресора. Застосування турбокомпресора спільно з проміжним охолоджувачем (інтеркулером) дозволяє забезпечувати подачу щільнішого повітря в циліндри ДВЗ (у сучасних турбованих двигунах використовується саме така схема). Часто при застосуванні двигуна турбокомпресора говорять про турбіну, не згадуючи компресора. Турбокомпресор – це одне ціле. Не можна використовувати енергію вихлопних газів для подачі повітряної суміші під тиском у циліндри ДВС за допомогою тільки турбіни. Нагнітання забезпечує саме та частина турбокомпресора, яка називається компресором.

на холостому ходіПри невеликих оборотах турбокомпресор виробляє невелику потужність і приводиться в рух малою кількістю вихлопних газів. У цьому випадку турбонагнітач малоефективний, двигун працює приблизно так само, як без нагнітання. Коли від двигуна потрібно набагато більша вихідна потужність, то його обороти, а також зазор дроселя збільшуються. Поки кількості вихлопних газів достатньо обертання турбіни, по впускному трубопроводу подається набагато більше повітря.

Турбонагнітання дозволяє двигуну працювати більш ефективно, тому що турбонагнітач використовує енергію вихлопних газів, яка, інакше, була б (здебільшого) втрачена.

Однак існує технологічне обмеження, відоме як "турбояма" ("турбозатримка") (за винятком моторів з двома турбокомпресорами - маленьким і великим, коли на малих оборотах працює маленький ТК, а на великих - великий, спільно забезпечуючи подачу необхідної кількості повітряної суміші в циліндри або при використанні турбіни із змінною геометрією, в автоспорті також застосовується примусовий розгін турбіни за допомогою системи рекуперації енергії). Потужність двигуна збільшується не миттєво через те, що на зміну частоти обертання двигуна, що володіє деякою інерцією, буде витрачено певний час, а також через те, що чим більша маса турбіни, тим більше часу знадобиться на її розкручування та створення тиску, достатнього збільшення потужності двигуна. Крім того, підвищений випускний тиск призводить до того, що вихлопні гази передають частину свого тепла механічним частинам двигуна (цю проблему частково вирішують заводи-виробники японських і корейських ДВС шляхом установки системи додаткового охолодження турбокомпресора антифризом).

Цикли роботи поршневих ДВЗ

Поршневі двигуни внутрішнього згоряння класифікуються за кількістю тактів у робочому циклі на двотактні та чотиритактні.

Робочий цикл чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння займає два повні обороти кривошипу або 720 градусів повороту колінчастого валу (ПКВ), що складається з чотирьох окремих тактів:

1. впуску,
2. стиснення заряду,
3. робочого ходу та
4. випуску (вихлопу).

Зміна робочих тактів забезпечується спеціальним газорозподільним механізмом, найчастіше він представлений одним або двома розподільними валами, системою штовхачів та клапанами, що безпосередньо забезпечують зміну фази. Деякі двигуни внутрішнього згоряння використовували для цієї мети золотникові гільзи (Рікардо), що мають впускні та/або вихлопні вікна. Повідомлення порожнини циліндра з колекторами у разі забезпечувалося радіальним і обертальним рухами золотникової гільзи, вікнами відкриває потрібний канал. Зважаючи на особливості газодинаміки - інерційності газів, часу виникнення газового вітру такти впуску, робочого ходу та випуску в реальному чотиритактному циклі перекриваються, це називається перекриттям фаз газорозподілу. Чим вище робочі обороти двигуна, тим більше перекриття фаз і чим воно більше, тим менше крутний момент двигуна внутрішнього згоряння низьких оборотах. Тому в сучасних двигунах внутрішнього згоряння все ширше використовуються пристрої, що дозволяють змінювати фази газорозподілу у процесі роботи. Особливо придатні для цієї мети двигуни з електромагнітним керуванням клапанами (BMW, Mazda). Є також двигуни зі змінним ступенем стиснення (SAAB AB), що мають більшу гнучкість характеристики.

Двотактні двигунимають безліч варіантів компонування та велику різноманітність конструктивних систем. Основний принцип будь-якого двотактного двигуна – виконання поршнем функцій елемента газорозподілу. Робочий цикл складається, строго кажучи, з трьох тактів: робочого ходу, що триває від верхньої, мертвої точки ( ВМТ) до 20-30 градусів до нижньої мертвої точки ( НМТ), продування, що фактично поєднує впуск і вихлоп, і стиснення, що триває від 20-30 градусів після НМТ до ВМТ. Продування, з точки зору газодинаміки, слабка ланкадвотактний цикл. З одного боку, неможливо забезпечити повний поділ свіжого заряду та вихлопних газів, тому неминучі або втрати свіжої суміші, що буквально вилітає в вихлопну трубу(якщо двигун внутрішнього згоряння - дизель, йдеться про втрату повітря), з іншого боку, робочий хід триває не половину обороту, а менше, що саме собою знижує ККД. У той же час тривалість надзвичайно важливого процесу газообміну, що в чотиритактному двигуні займає половину робочого циклу, не може бути збільшена. Двотактні двигуни можуть взагалі не мати системи газорозподілу. Однак, якщо мова не йде про спрощені дешеві двигуни, двотактний двигун складніший і дорожчий за рахунок обов'язкового застосування повітродувки або системи наддуву, підвищена теплонапруженість ЦПГ вимагає більш дорогих матеріалів для поршнів, кілець, втулок циліндрів. Виконання поршнем функцій елемента газорозподілу зобов'язує мати його висоту не менше хід поршня + висота вікон, що продувають, що некритично в мопеді, але істотно обтяжує поршень вже при відносно невеликих потужностях. Коли ж потужність вимірюється сотнями кінських сил, збільшення маси поршня стає дуже серйозним фактором. Введення розподільних гільз із вертикальним ходом у двигунах Рікардо було спробою уможливити зменшення габаритів та маси поршня. Система виявилася складною та дорогою у виконанні, крім авіації, такі двигуни ніде більше не використовувалися. Вихлопні клапани (при прямоточному клапанному продуванні) мають удвічі більшу теплонапруженість у порівнянні з вихлопними клапанами чотирьохтактних двигунів і гірші умови для тепловідведення, а їх сідла мають більш тривалий прямий контакт з вихлопними газами.

Найпростішою з точки зору порядку роботи і найскладнішою з точки зору конструкції є система Корейво, представлена ​​в СРСР і в Росії, переважно, тепловозними дизелями серій Д100 та танковими дизелями ХЗТМ. Такий двигун є симетричною двовальною системою з поршнями, що розходяться, кожен з яких пов'язаний зі своїм коленвалом. Таким чином, цей двигун має два колінвали, механічно синхронізовані; той, який пов'язаний із вихлопними поршнями, випереджає впускний на 20-30 градусів. За рахунок цього випередження покращується якість продування, яка в цьому випадку є прямоточною, і покращується наповнення циліндра, тому що в кінці продування вихлопні вікна вже закриті. У 30х - 40х роках ХХ століття були запропоновані схеми з парами поршнів, що розходяться - ромбовидна, трикутна; існували авіаційні дизелі з трьома зіркоподібними поршнями, що розходяться, з яких два були впускними і один - вихлопним. У 20-х роках Юнкерс запропонував одновальну систему з довгими шатунами, пов'язаними з пальцями верхніх поршнів спеціальними коромислами; верхній поршень передавав зусилля на колінвал парою довгих шатунів, і на один циліндр припадало три коліна валу. На коромислах стояли також квадратні поршні продувних порожнин. Двотактні двигуни з поршнями будь-якої системи, що розходяться, мають, в основному, дві недоліки: по-перше, вони дуже складні і габаритні, по-друге, вихлопні поршні і гільзи в зоні вихлопних вікон мають значну температурну напруженість і схильність до перегріву. Кільця вихлопних поршнів також є термічно навантаженими, схильні до закоксовування та втрати пружності. Ці особливості роблять конструктивне виконання таких двигунів нетривіальним завданням.

Двигуни з прямоточним клапанним продувкою оснащені розподільним валом і вихлопними клапанами. Це значно знижує вимоги до матеріалів та виконання ЦПГ. Впуск здійснюється через вікна в гільзі циліндра, що відкриваються поршнем. Саме так компонується більшість сучасних двотактних дизелів. Зона вікон та гільза в нижній частині у багатьох випадках охолоджуються наддувним повітрям.

У випадках, коли однією з основних вимог до двигуна є його здешевлення, використовуються різні видикривошипно-камерної контурної віконно-віконної продування - петльова, зворотно-петльова (дефлекторна) у різноманітних модифікаціях. Для поліпшення параметрів двигуна застосовуються різноманітні конструктивні прийоми - довжина впускного і вихлопного каналів, що змінюється, може варіюватися кількість і розташування перепускних каналів, використовуються золотники, що обертаються відсікачі газів, гільзи і шторки, що змінюють висоту вікон (і, відповідно, моменти початку впуску і вихлопу). Більшість таких двигунів мають повітряне пасивне охолодження. Їх недоліки - відносно невисока якість газообміну та втрати горючої суміші при продуванні, за наявності кількох циліндрів секції кривошипних камер доводиться розділяти та герметизувати, ускладнюється та здорожчується конструкція коленвала.

В якому двигун завжди працює в оптимальному режимі.

Крім того, двигуну внутрішнього згоряння необхідні система живлення (для подачі палива та повітря - приготування паливо-повітряної суміші), вихлопна система (для відведення вихлопних газів), також не обійтися без системи мастила (призначена для зменшення сил тертя в механізмах двигуна, захисту деталей) двигуна від корозії, а також спільно з системою охолодження для підтримки оптимального теплового режиму), системи охолодження (для підтримки оптимального теплового режиму двигуна), система запуску (застосовуються способи запуску: електростартерний, за допомогою допоміжного пускового двигуна, пневматичний, за допомогою м'язової сили людини ), система запалювання (для запалення паливо-повітряної суміші, застосовується у двигунів з примусовим займанням).

Технологічні особливості виготовлення

До обробки отворів у різних деталях, у тому числі в деталях двигуна (отворів головки блоків циліндрів (ГБЦ), гільз циліндрів, отворів кривошипної та поршневої головок шатунів, отворів шестерень) і т. д., висуваються високі вимоги. Використовуються високоточні технології шліфування та хонінгування.

Ви можете задати питання, що вас цікавлять, по темі представленої статті, залишивши свій коментар внизу сторінки. Вам відповість заступник генерального директора автошколи "Мустанг" з навчальної роботи Викладач вищої школи, кандидат технічних наук Кузнєцов Юрій Олександрович

Частина 1. ДВИГУН І ЙОГО МЕХАНІЗМИ

Двигун є джерелом механічної енергії.

На переважній більшості автомобілів застосовується двигун внутрішнього згоряння.

Двигун внутрішнього згоряння - це пристрій, в якому хімічна енергія палива перетворюється на корисну механічну роботу.

Автомобільні двигуни внутрішнього згоряння класифікуються:

За родом застосовуваного палива:

Легкі рідкі (газ, бензин),

Важкі рідкі ( дизельне паливо).

Бензинові двигуни

Бензинові карбюраторні.Суміш палива з повітрямготується вкарбюраторі або у впускному колекторі за допомогою форсунок, що розпилюють (механічних або електричних), далі суміш подається в циліндр, стискається, а потім підпалюється за допомогою іскри, що проскакує між електродамисвічки .

Бензинові інжекторніСумішотворення відбувається шляхом упорскування бензину у впускний колектор або безпосередньо в циліндр за допомогою розпилюючихфорсунок ( інжектор ов). Існують системи одноточкового та розподіленого упорскування різних механічних та електронних систем. У механічних системах упорскування дозація палива здійснюється плунжерно - важільний механізм з можливістю електронного коригування складу суміші. В електронних системах сумішоутворення здійснюється під управлінням електронного блоку управління (ЕБУ) упорскуванням, що управляє електричними бензиновими вентилями.

Газові двигуни

Двигун спалює як паливо вуглеводні, що знаходяться в газоподібному стані. Найчастіше газові двигуни працюю на пропані, але є й інші, що працюють на попутних (нафтових), зріджених, доменних, генераторних та інших видах газоподібного палива.

Принципова відмінністьгазових двигунів від бензинових та дизельних у вищому ступені стиснення. Застосування газу дозволяє уникнути зайвого зносу деталей, так як процеси згоряння паливоповітряної суміші відбуваються більш правильно завдяки вихідному (газоподібному) стану палива. Також газові двигуни економічніші, оскільки газ коштує дешевше нафти і легше видобувається.

До безперечних переваг двигунів на газі варто віднести безпеку та бездимність вихлопу.

Самі собою газові двигуни рідко випускаються серійно, найчастіше вони з'являються після переробки традиційних ДВС, шляхом обладнання їх спеціальним газовим обладнанням.

Дизельні двигуни

Спеціальне дизельне паливо впорскується в певний момент (не доходячи до верхньої мертвої точки) в циліндр під високим тискомчерез форсунку. Горюча суміш утворюється безпосередньо в циліндрі в міру впорскування палива. Рух поршня всередину циліндра викликає нагрівання та подальше займання паливоповітряної суміші. Дизельні двигуни є низькооборотними і характеризуються високим крутним моментом на валу двигуна. Додатковою перевагоюдизельного двигуна є те, що, на відміну від двигунів з примусовим запаленням, він не потребує електрики для роботи (в автомобільних дизельних двигунах електрична системавикористовується лише для запуску), і, як наслідок, менше боїться води.

За способом займання:

Від іскри (бензинові),

Від стискування (дизельні).

За кількістю та розташуванням циліндрів:

Рядні,

Опозитні,

V - образні,

VR - образні,

W – образні.

Рядний двигун

Цей двигун відомий із самого початку автомобільного двигунобудування. Циліндри розташовані в один ряд перпендикулярно колінчастому валу.

Перевага:простота конструкції

Недолік:при великій кількості циліндрів виходить дуже довгий агрегат, який неможливо розташувати поперечно щодо поздовжньої осі автомобіля.

Опозитний двигун

Горизонтально-опозитні двигуни відрізняються меншою габаритною висотою, ніж двигуни з рядним або V-подібним розташуванням циліндрів, що дозволяє знизити центр тяжіння всього автомобіля. Легка вага, компактність конструкції та симетричність компонування зменшує момент нишпорення автомобіля.

V-подібний двигун

Щоб зменшити довжину двигунів, у цьому двигуні циліндри розташовані під кутом від 60 до 120 градусів, при цьому поздовжні осі циліндрів проходять через подовжню вісь колінчастого валу.

Перевага:відносно короткий двигун

Недоліки:Двигун відносно широкий, має дві роздільні головки блоку, підвищена вартість виготовлення, занадто великий робочий об'єм.

VR-двигуни

У пошуках компромісного рішення виконання двигунів на легкових автомобілях середнього класу дійшли створення VR-двигунів. Шість циліндрів під кутом 150 градусів утворюють відносно вузький і загалом короткий двигун. Крім того, такий двигун має лише одну головку блоку.

W-двигуни

У двигунах W-родини в одному двигуні з'єднані два ряди циліндрів у VR-виконанні.

Циліндри кожного ряду розміщені під кутом 150 один до одного, а самі ряди циліндрів розташовані під кутом 720.

Стандартний автомобільний двигун складається з двох механізмів та п'яти систем.

Механізми двигуна

Кривошипно-шатунний механізм,

Газорозподільчий механізм.

Системи двигуна

Система охолодження,

Система змазки,

Система харчування,

Система запалювання,

Система випуску газів, що відпрацювали.

Кривошипно-шатунний механізм

Кривошипно-шатунний механізм призначений для перетворення поворотно-поступального руху поршня в циліндрі в обертальний рух колінчастого валу двигуна.

Кривошипно-шатунний механізм складається:

Блоки циліндрів з картером,

Головки блоку циліндрів

Піддона картера двигуна,

Поршні з кільцями та пальцями,

Шатунів,

Колінчастого валу,

Маховик.

Блок циліндрів

Є цільнолитою деталлю, що поєднує собою циліндри двигуна. На блоці циліндрів є опорні поверхні для встановлення колінчастого валу, до верхньої частини блоку, як правило, кріпиться головка блоку циліндрів, нижня частина є частиною картера. Таким чином, блок циліндрів є основою двигуна, на яку навішуються інші деталі.

Відливається зазвичай - з чавуну, рідше - алюмінію.

Блоки, виготовлені з цих матеріалів, не рівноцінні за своїми властивостями.

Так, чавунний блок найбільш жорсткий, а значить - при інших рівних витримує найвищий ступінь форсування і найменш чутливий до перегріву. Теплоємність чавуну приблизно вдвічі нижча, ніж алюмінію, а отже двигун із чавунним блоком швидше прогрівається до робочої температури. Однак, чавун дуже важкий (в 2,7 рази важчий за алюміній), схильний до корозії, а його теплопровідність приблизно в 4 рази нижче, ніж у алюмінію, тому у двигуна з чавунним картером система охолодження працює в більш напруженому режимі.

Алюмінієві блоки циліндрів легкі та краще охолоджуються, проте в цьому випадку виникає проблема з матеріалом, з якого виконані безпосередньо стінки циліндрів. Якщо поршні двигуна з таким блоком зробити із чавуну або сталі, то вони дуже швидко зносять алюмінієві стінки циліндрів. Якщо зробити поршні з м'якого алюмінію, то вони просто «схопляться» зі стінками, і двигун миттєво заклинить.

Циліндри в блоці циліндрів можуть бути як частиною виливки блоку циліндрів, так і бути окремими змінними втулками, які можуть бути мокрими або сухими. Крім утворює частини двигуна, блок циліндрів несе додаткові функції, такі як основа системи мастила - по отворах в блоці циліндрів масло під тиском подається до місць мастила, а в двигунах рідинного охолодженняоснова системи охолодження - за аналогічними отворами рідина циркулює по блоку циліндрів.

Стінки внутрішньої порожнини циліндра служать також напрямними для поршня при його переміщення між крайніми положеннями. Тому довжина утворюють циліндра визначається величиною ходу поршня.

Циліндр працює в умовах змінних тисків у надпоршневій порожнині. Внутрішні стінки його стикаються з полум'ям та гарячими газами, розпеченими до температури 1500-2500°С. До того ж Середня швидкістьковзання поршневого комплекту по стінках циліндра в автомобільних двигунах досягає 12-15 м/сек при недостатньому мастилі. Тому матеріал, що вживається для виготовлення циліндрів, повинен мати велику механічну міцність, а сама конструкція стінок підвищеної жорсткістю. Стінки циліндрів повинні добре протистояти стирання при обмеженому мастилі і мати загальну високу стійкість проти інших можливих видів зносу

Відповідно до цих вимог як основний матеріал для циліндрів застосовують перлітний сірий чавун з невеликими добавками легуючих елементів (нікель, хром та ін.). Застосовують також високолегований чавун, сталь, магнієві та алюмінієві сплави.

Головка блоку циліндрів

Є другий за значимістю та за величиною складовою двигуна. У головці розташовані камери згоряння, клапани та свічки циліндрів, у ній же на підшипниках обертається розподільний вал із кулачками. Так само, як і в блоці циліндрів, у його головці є водяні та масляні канали та порожнини. Головка кріпиться до блоку циліндрів і при роботі двигуна складає з блоком єдине ціле.

Піддон картера двигуна

Закриває знизу картер двигуна (відливається як єдине ціле з блоком циліндрів) та використовується як резервуар для олії та захищає деталі двигуна від забруднення. У нижній частині піддону є пробка для зливу моторного масла. Піддон кріпиться до картера болтами. Для запобігання витоку олії між ними встановлюється прокладка.

Поршень

Поршень — деталь циліндричної форми, що здійснює зворотно поступальний рух усередині циліндра і служить для перетворення зміни тиску газу, пари або рідини на механічну роботу, або навпаки — зворотно-поступального руху на зміну тиску.

Поршень поділяється на три частини, що виконують різні функції:

Днище,

Ущільнююча частина,

Напрямна частина (спідниця).

Форма днища залежить від виконуваної поршнем функції. Наприклад, у двигунах внутрішнього згоряння форма залежить від розташування свічок, форсунок, клапанів, конструкції двигуна та інших факторів. При увігнутій формі днища утворюється найбільш раціональна камера згоряння, але в ній інтенсивніше відбувається відкладення нагару. При опуклій формі днища збільшується міцність поршня, але погіршується форма згоряння камери.

Днище та ущільнююча частина утворюють головку поршня. У ущільнюючій частині поршня розташовуються компресійні та маслознімні кільця.

Відстань від днища поршня до канавки першого кільця компресійного називають вогневим поясом поршня. Залежно від матеріалу, з якого зроблений поршень, вогневий пояс має мінімально допустиму висоту, зменшення якої може призвести до прогару поршня вздовж зовнішньої стінки, а також руйнування посадкового місцяверхнього компресійного кільця.

Функції ущільнення, що виконуються поршневою групою, мають велике значення для нормальної роботи поршневих двигунів. Про технічному станідвигуна судять за здатністю ущільнюючої поршневої групи. Наприклад, в автомобільних двигунах не допускається, щоб витрата олії через чад його внаслідок надлишкового проникнення (підсмоктування) в камеру згоряння перевищувала 3% від витрати палива.

Спідниця поршня (тронк) є його напрямною частиною під час руху в циліндрі і має два припливи (бобишки) для встановлення поршневого пальця. Для зниження температурної напруги поршня з двох сторін, де розташовані боби, з поверхні спідниці, видаляють метал на глибину 0,5-1,5 мм. Ці поглиблення, що покращують змащування поршня в циліндрі і перешкоджають утворенню задир від температурних деформацій, називаються «холодильниками». У нижній частині спідниці також може розташовуватися кільце знімне.

Для виготовлення поршнів застосовуються сірі чавуни та алюмінієві сплави.

Чавун

Переваги:Поршні з чавуну міцні та зносостійкі.

Завдяки невеликому коефіцієнту лінійного розширення вони можуть працювати з відносно малими проміжками, забезпечуючи хороше ущільнення циліндра.

Недоліки:Чавун має досить велику питому вагу. У зв'язку з цим область застосування чавунних поршнів обмежується порівняно тихохідними двигунами, в яких сили інерції зворотно рухомих мас не перевищують однієї шостої від сили тиску газів на днище поршня.

Чавун має низьку теплопровідність, тому нагрівання днища у чавунних поршнів досягає 350-400 °C. Такий нагрів небажаний особливо в карбюраторних двигунах, так як він спричинює виникнення калільного запалювання.

Алюміній

Переважна більшість сучасних автомобільних двигунів мають алюмінієві поршні.

Переваги:

Мала маса (щонайменше на 30 % менше порівняно з чавунними);

Висока теплопровідність (у 3-4 рази вища за теплопровідність чавуну), що забезпечує нагрівання днища поршня не більше 250 °C, що сприяє кращому наповненню циліндрів і дозволяє підвищити ступінь стиснення в бензинових двигунах;

Гарні антифрикційні властивості.

Шатун

Шатун - деталь, що з'єднуєпоршень (за допомогоюпоршневого пальця) та шатунну шиюколінчастого валу. Служить передачі поворотно-поступальних рухів від поршня на колінчастий вал. Для меншого зносу шатунних шийок колінчастого валу між ними та шатунами поміщаютьспеціальні вкладиші, що мають антифрикційне покриття.

Колінчастий вал

Колінчастий вал - деталь складної форми, що має шийки для кріпленняшатунів , від яких сприймає зусилля і перетворює їх наобертаючий момент .

Колінчасті вали виготовляють з вуглецевих, хромомарганцевих, хромонікельмолібденових та інших сталей, а також зі спеціальних високоміцних чавунів.

Основні елементи колінчастого валу

Корінна шия- Опора валу, що лежить в корінномупідшипнику , розміщеному вкартері двигуна.

Шатунна шийка- Опора, за допомогою якої вал зв'язується зшатунами (Для мастила шатунних підшипників є масляні канали).

Щоки— пов'язують корінні та шатунні шийки.

Передня вихідна частина валу (шкарпетка) - Частина валу, на якій кріпитьсязубчасте колесо абошків відбору потужності для приводугазорозподільного механізму (ГРМ)та різних допоміжних вузлів, систем та агрегатів.

Задня вихідна частина валу (хвостовик) - Частина валу, що з'єднується змаховиком або масивною шестернею відбору основної частини потужності.

Противаги- Забезпечують розвантаження корінних підшипників від відцентрових сил інерції першого порядку неврівноважених мас кривошипа і нижньої частини шатуна.

Маховик

Масивний диск із зубчастим вінцем. Зубчастий вінець необхідний для запуску двигуна (шестерня стартера входить у зачеплення з шестірнею маховика та розкручує вал двигуна). Також маховик служить зменшення нерівномірності обертання колінчастого валу.

Газорозподільчий механізм

Призначений для своєчасного впуску в циліндри горючої суміші та випуску газів, що відпрацювали.

Основними деталями газорозподільного механізму є:

Розподільний вал,

Впускні та випускні клапани.

Розподільний вал

За розташуванням розподільчого валу виділяють двигуни:

З розподільним валом, розташованим ублоці циліндрів (Cam-in-Block);

З розподільним валом, розташованим у головці блоку циліндрів (Cam-in-Head).

У сучасних автомобільних двигунах, як правило, розташований у верхній частині головки блокуциліндрів і з'єднаний зшківом або зубчастою зірочкоюколінвала ременем або ланцюгом ГРМ відповідно і обертається з удвічі меншою частотою, ніж останній (на 4-тактних двигунах).

Складовою частиною розподільного валу є йогокулачки , кількість яких відповідає кількості впускних та випускнихклапанів двигуна. Таким чином, кожному клапану відповідає індивідуальний кулачок, який відкриває клапан, набігаючи на важіль штовхача клапана. Коли кулачок "збігає" з важеля, клапан закривається під дією потужної поворотної пружини.

Двигуни з рядною конфігурацією циліндрів і однією парою клапанів на циліндр зазвичай мають один розподільний вал (у разі чотирьох клапанів на кожен циліндр, два), а V-подібні та опозитні - або один у розвалі блоку, або два, по одному на кожен напівблок ( у кожній головці блоку). Двигуни, що мають 3 клапани на циліндр (найчастіше два впускних і один випускний), зазвичай мають один розподільний вал на головку блоку, а мають 4 клапани на циліндр (два впускних і 2 випускних) мають 2 розподільні вали в кожній головці блоку.

Сучасні двигуни іноді мають системи регулювання фаз газорозподілу, тобто механізми, які дозволяють провертати розподільний вал щодо приводної зірочки, тим самим змінюючи момент відкриття та закриття (фазу) клапанів, що дозволяє більш ефективно наповнювати робочою сумішшю циліндри на різних оборотах.

Клапана

Клапан складається з плоскої головки та стрижня, з'єднаних між собою плавним переходом. Для кращого наповнення циліндрів горючою сумішшю діаметр головки впускного клапани роблять значно більше ніж діаметр випускного. Так як клапани працюють в умовах високих температур, їх виготовляють із високоякісних сталей. Впускні клапани роблять з хромистої сталі, випускні з жаростійкою, так як останні стикаються з горючими газами, що відпрацювали, і нагріваються до 600 - 800 0 С. Висока температура нагріву клапанів викликає необхідність установки в головці циліндрів спеціальних вставок з жаростійкого чавуну, які називаються сідлами.

Принцип роботи двигуна

Основні поняття

Верхня мертва точка - крайнє верхнє положення поршня у циліндрі.

Нижня мертва точка - крайнє нижнє положення поршня у циліндрі.

Хід поршня- Відстань, яка поршень проходить від однієї мертвої точки до іншої.

Камера згоряння- простірміж головкою блоку циліндрів і поршнем при його знаходженні у верхній мертвій точці.

Робочий об'єм циліндра - простір, що звільняється поршнем при його переміщенні з мертвої верхньої точки в нижню мертву точку.

Робочий об'єм двигуна - Сума робочих об'ємів всіх циліндрів двигуна. Виражається у літрах, тому часто називається літражем двигуна.

Повний об'єм циліндра - сума об'єму камери згоряння та робочого об'єму циліндра.

Ступінь стиснення- показує у скільки разів повний об'єм циліндра більший за об'єм камери згоряння.

Компресія-Тиск в циліндрі в кінці такту стиснення.

Такт- Процес (частина робочого циклу), який відбувається в циліндрі за один хід поршня.

Робочий цикл двигуна

Перший такт - впуск. При русі поршня вниз у циліндрі утворюється розрідження, під дією якого через відкритий впускний клапан в циліндр надходить горюча суміш (суміш палива з повітрям).

Другий такт - стиск . Поршень під впливом колінчастого валу і шатуна переміщається вгору. Обидва клапани закриті та горюча суміш стискається.

Третій такт - робочий хід . В кінці такту стиснення горюча суміш запалюється (від стиснення в дизельному двигуні, від іскри свічки в бензиновий двигун). Під тиском газів, що розширюються, поршень переміщається вниз і через шатун приводить в обертання колінчастий вал.

Четвертий такт - випуск . Поршень переміщається вгору, і через випускний клапан, що відкрився, виходять назовні відпрацьовані гази.

Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) – це найпоширеніший тип двигуна з усіх, що встановлюються нині на автомобілі. Незважаючи на те що сучасний двигунвнутрішнього згоряння складається з тисячі частин, принцип роботи дуже простий. У рамках цієї статті ми розглянемо пристрій та принцип роботи ДВС.

Внизу сторінки дивіться відео, на якому наочно показано пристрій та принцип роботи бензинового ДВЗ.

У кожному двигуні внутрішнього згоряння є циліндр та поршень. Саме всередині циліндра ДВС відбувається перетворення теплової енергії, що виділяється при спалюванні палива, в механічну енергію, здатну змусити наш автомобіль рухатися. Цей процес повторюється з частотою кілька сотень разів на хвилину, що забезпечує безперервне обертання колінчастого валу, що виходить з двигуна.

Принцип роботи чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння

У переважній більшості легкових автомобіліввстановлюють чотиритактні двигунивнутрішнього згоряння, тому ми беремо його за основу. Щоб краще зрозуміти принцип бензинового ДВС, пропонуємо вам поглянути на малюнок:

Паливно-повітряна суміш, потрапляючи через впускний клапан в камеру згоряння (такт перший – впуск), стискається (такт другий – стиск) і спалахує від іскри свічки запалювання. При спалюванні палива під впливом високої температурив циліндрі двигуна утворюється надлишковий тиск, що змушує поршень рухатися вниз до так званої нижньої мертвої точки (НМТ), роблячи при цьому такт третій - робочий хід. Переміщаючись під час робочого ходу вниз, за ​​допомогою шатуна, поршень обертає колінчастий вал. Потім, переміщаючись від НМТ до верхньої мертвої точки (ВМТ), поршень виштовхує відпрацьовані гази через випускний клапан у вихлопну систему автомобіля – це четвертий такт (випуск) роботи двигуна внутрішнього згоряння.

Такт- Це процес, що відбувається в циліндрі двигуна за один хід поршня. Сукупність тактів, що повторюються в строгій послідовності і з певною періодичністю, зазвичай називають робочим циклом, в даному випадку двигуна внутрішнього згоряння.

1. Такт перший - ВПУСК. Поршень переміщається від ВМТ до НМТ, при цьому виникає розрядження і порожнину циліндра ДВС заповнюється горючою сумішшю через впускний відкритий клапан. Суміш, потрапляючи в камеру згоряння, змішується із залишками газів, що відпрацювали. Наприкінці впуску тиск у циліндрі становить 0,07-0,095 МПа, а температура 80-120 ºС.
2. Такт другий - Стиснення. Поршень рухається до ВМТ, обидва клапани закриті, робоча суміш у циліндрі стискається, а стиск супроводжується підвищенням тиску (1,2–1,7 МПа) та температури (300-400 ºС).
3. Такт третій – РОЗШИРЕННЯ. При запаленні робочої суміші в циліндрі ДВЗ виділяється значна кількість теплоти, різко збільшується температура (до 2500 градусів за Цельсієм). Під тиском поршень переміщається до НМТ. Тиск дорівнює 4-6 МПа.
4. Такт четвертий - ВИПУСК. Поршень прагне ВМТ через відкритий випускний клапан, відпрацьовані гази виштовхуються у випускний трубопровід, а потім в навколишнє середовище. Тиск у кінці циклу: 0,1-0,12 МПа, температура 600-900 ºС.

Отже, ви змогли переконатися, що двигун внутрішнього згоряння влаштований не дуже складно. Як то кажуть, все геніальне – просто. А для більшої наочності рекомендуємо подивитися відео, на якому також добре показаний принцип роботи ДВС.

Будь-який автомобіліст стикався з двигуном внутрішнього згоряння. Цей елемент встановлений на всіх старих та сучасних автомобілях. Звичайно, за конструктивними особливостями вони можуть відрізнятися один від одного, але майже всі працюють на одному принципі – паливо та стиск.

Стаття розповість все, що необхідно знати про двигун внутрішнього згоряння, характеристики, конструктивні особливості, а також розповість про деякі нюанси експлуатації та технічне обслуговування.

Що таке ДВС

ДВЗ - двигун внутрішнього згоряння. Саме так, і не інакше, розшифровується дана абревіатура. Її часто можна зустріти на різних автомобільних сайтах, а також форумах, але, як показує практика, не всі люди знають цю розшифровку.

Що таке ДВЗ в автомобілі? - Це силовий агрегат, який приводить у дію рух коліс. Двигун внутрішнього згоряння – це серце будь-якого автомобіля. Без цієї конструктивної деталі машину не можна назвати авто. Саме цей агрегат приводить все в дію, решту механізмів, а також електроніку.

Мотор складається з ряду конструктивних елементів, які можуть відрізнятися в залежності від числа циліндрів, системи впорскування та інших важливих елементів. У кожного виробника свої норми та стандарти силового агрегату, але всі вони між собою схожі.

Історія походження

Історія створення двигуна внутрішнього згоряння почалася понад 300 років тому, коли перше примітивне креслення зробив Леонардо ДаВінчі. Саме його розробка поклала основу для створення двигуна внутрішнього згоряння, пристрій якого можна спостерігати на будь-якій дорозі.

У 1861 році за кресленням ДаВінчі було зроблено перший проект двотактного двигуна. Тоді ще не йшлося про встановлення силового агрегату на автомобільний проектХоча паровими ДВС вже активно користувалися на залізниці.

Першим, хто розробив пристрій автомобіля, і впровадимо масово двигуни внутрішнього згоряння - був легендарний Генрі Форд, чиї автомобілі досі користуються величезною популярністю. Він же перший випустив книгу «Двигун: його пристрій та схема роботи».

Генрі Форд був першим, хто почав обчислювати такий корисний коефіцієнтяк ККД двигуна внутрішнього згоряння. Ця легендарна людина вважається прабатьком автомобілебудування, а також частини авіапромисловості.

У сучасному світі, знайшлося широке застосування ДВЗ. Вони оснащуються не тільки в автомобілі, але й авіація, а завдяки простоті конструкції та обслуговування встановлюється на багато видів транспортних засобів і як електрогенератори змінного струму.

Принцип роботи двигуна

Як працює двигун автомобіля? - Цим питанням задаються багато автомобілістів. Постараємося дати максимально повну та стислу відповідь на це питання. Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння заснований на двох факторах: уприскуванні та моменті стиснення. Саме ґрунтуючись на цих діях двигун, приводить все в дію.

Якщо розглядати, як працює двигун внутрішнього згоряння, варто розуміти, що існують такти, які поділяють агрегати на однотактний, двотактний і чотиритактний. Залежно від цього, куди встановлюється ДВС, і розрізняють такти.

Сучасні автомобільні двигуни оснащуються чотиритактними «серцями», які ідеально збалансовані та відмінно працюють. А ось однотактні та двотактні мотори зазвичай встановлюються на мопеди, мотоцикли та іншу техніку.

Отже, розглянемо ДВЗ та його принцип роботи, на прикладі бензинового двигуна:

1. Паливо потрапляє в камеру згоряння через систему впорскування.
2. Свічки запалювання дають іскру і паливно-повітряна суміш спалахує.
3. Поршень, який знаходиться в циліндрі, йде вниз під тиском, чим рухає колінчастий вал.
4. Колінвал передає рух через зчеплення та коробку передач на провідні вали, які, у свою чергу, приводять у дії колеса.

Як влаштований ДВС

Пристрій двигуна автомобіля можна розглядати за тактами роботи основного силового агрегату. Такти - це свого роду цикли двигунів внутрішнього згоряння, без яких неможливо обійтись. Розглянемо принцип роботи двигуна автомобіля з боку тактів:

1. Упорскування. Поршень робить рух донизу, при цьому відкривається впускний клапан головки блоку відповідного циліндра і камера згоряння наповнюється повітряно-паливною сумішшю.
2. Стиснення. Поршень рухається у ВТМ і у верхній точці відбувається іскра, яка тягне за собою займання суміші, що знаходиться під тиском.
3. Робочий хід. Поршень рухається в НТМ під тиском займистої суміші і вихлопним газам, що утворилися.
4. Випуск. Поршень рухається нагору, відкривається випускний клапан і він виштовхує вихлопні гази з камери згоряння.

Усі чотири такти ще називаються – дійсні цикли ДВС. Таким чином, працює стандартний бензиновий чотиритактний двигун. Є ще п'ятитактний роторний двигун та шеститактні силові агрегати нового покоління, але про технічні характеристики та режими роботи двигуна такої конструкції буде розглянуто в інших статтях нашого порталу.

Загальний пристрій ДВЗ

Пристрій двигуна внутрішнього згоряння досить простий, тим, хто вже стикався з їх ремонтом, і досить важкий тому, хто ще не має уявлення про цей агрегат. Силовий агрегат включає в свою будову кілька важливих систем. Розглянемо, загальний пристрій двигуна:

1. Систему упорскування.
2. Блок циліндрів.
3. Головка блоку.
4. Газорозподільчий механізм.
5. Систему мастила.
6. Систему охолодження.
7. Механізм вихлопу відпрацьованих газів.
8. Електронна частина двигуна.

Всі ці елементи визначають будову та принцип роботи ДВС. Далі варто розглянути, з чого складається двигун автомобіля, а саме сам силовий агрегат у зборі:

1. Колінчастий вал - обертається у самому серці блоку циліндрів. Приводить у роботу поршневу систему. Він купається в маслі, тому розташований ближче до піддону картера.
2. Поршнева система (поршні, шатуни, пальці, втулки, вкладиші, бугеля та маслознімні кільця).
3. Головка блоку циліндрів (клапани, сальники, розподільний вал та інші елементи ГРМ).
4. Масляний насос - циркулює мастильну рідину за системою.
5. Водяний насос (помпа) - забезпечує циркуляцію рідини, що охолоджує.
6. Комплект газорозподільного механізму (ремінь, ролики, шківи) – забезпечує правильність тактності. Жоден двигун внутрішнього згоряння, принцип роботи якого ґрунтується на тактах, не може без цього елемента.
7. Свічки запалювання забезпечують спалах суміші в камері згоряння.
8. Впускний та випускний колектор - принцип дії їх заснований на впускі паливної суміші та випуску відпрацьованих газів.

Загальний пристрій та робота двигуна внутрішнього згоряння досить проста та взаємопов'язана. Якщо один з елементів вийшов з ладу або відсутній, експлуатація автомобільних двигунів буде неможлива.

Класифікація двигунів внутрішнього згоряння

Автомобільні мотори поділяються на кілька видів та класифікацій, залежно від пристрою та роботи ДВЗ. Класифікація ДВЗза міжнародними стандартами:

1. За видом упорскування паливної суміші:
   • Ті, що працюють на рідких паливах (бензин, гас, дизельне паливо).
   • Ті, що працюють на газоподібному паливі.
   • Ті, що працюють на альтернативних джерелах (електрика).

1. Що За циклами роботи:
   • 2хтактні
   • 4хтактні

1. За способом сумішоутворення:
   • із зовнішнім сумішоутворенням (карбюраторні та газові силові агрегати),
   • з внутрішнім сумішоутворенням (дизель, турбодизель, безпосереднє упорскування)

1. За способом запалювання робочої суміші:
   • з примусовим запаленням суміші (карбюраторні, двигуни з безпосереднім упорскуваннямлегких палив);
   • із запаленням від стиснення (дизелі).

1. За кількістю та розташуванням циліндрів:
   • одно-, дво-, три-і т.д. циліндрові;
   • однорядні, дворядні

1. За способом охолодження циліндрів:
   • з рідинним охолодженням;
   • з повітряним охолодженням.

Принципи експлуатації

Автомобільні двигуни експлуатуються із різним ресурсом. Найкращі прості двигуниможуть мати технічний ресурс 150 000 км пробігу при правильному технічному обслуговуванні. А ось деякі сучасні дизельні двигуни, що оснащуються на вантажівки, можуть виходжувати до 2 мільйонів.

Влаштовуючи конструкцію мотора, автовиробники зазвичай наполягають на надійності і технічні характеристикисилових агрегатів Враховуючи сучасну тенденцію, багато автомобільні моторирозраховані на невеликий, але надійний термін експлуатації.

Так, середня експлуатація силового агрегату легкового транспортного засобускладає 250 000 км. пробігу. А далі існує кілька варіантів: утилізація, контрактний двигун або капітальний ремонт.

Технічне обслуговування

Важливим фактором експлуатації залишається технічне обслуговування двигуна. Багато автомобілістів не розуміють цього поняття та спираються на досвід автосервісів. Що варто розуміти під обслуговування двигуна автомобіля:

1. Заміна моторного масла відповідно до технічними картамита рекомендаціями заводу виробника. Звичайно, кожен автовиробник ставить свої рамки заміни мастильної рідиниАле експерти рекомендують міняти мастило один раз на 10000 км - для бензинових ДВС, 12-15 тис. км - для дизеля і 7000-9000 км - для транспортного засобу, що працював на газу.
2. Заміна фільтрів олії. Проводиться при кожному ТО із заміни масла.
3. Заміна паливних та повітряних фільтрів – один раз на 20 000 км пробігу.
4. Чищення форсунок – кожні 30 000 км.
5. Заміна газорозподільного механізму – один раз на 40-50 тис. км пробігу або за необхідністю.
6. Перевірка решти систем проводиться при кожному ТО, незалежно від давності заміни елементів.

При своєчасному та повному технічному обслуговуванні збільшується ресурс використання двигуна транспортного засобу.

Доробка двигунів

Тюнінг - доробка двигуна внутрішнього згоряння щодо збільшення деяких показників, таких як потужність, динаміки, витрата або інше. Цей рух набрав всесвітньої популярності на початку 2000-х років. Багато автолюбителів почали самостійно експериментувати зі своїми силовими агрегатами та викладати фотоінструкції у глобальну мережу.

Зараз можна зустріти масу інформації щодо проведених доопрацювань. Звичайно, не весь цей тюнінг однаково добре впливає стан силового агрегату. Так, варто розуміти, що розгін потужності без повного аналізу та тюнінгу може «загробити» ДВЗ, а коефіцієнт зносу при цьому збільшується у кілька разів.

На підставі цього, перш ніж проводити тюнінг мотора варто все ретельно проаналізувати, щоб не «потрапити» на новий силовий агрегат» або, що ще гірше, не потрапити в аварію, яка може стати для багатьох першою та останньою.

Висновок

Конструкція та особливості сучасних моторів постійно вдосконалюються. Так, весь світ вже неможливо уявити без вихлопних газів, машин та автосервісів. ДВС, що працює, дізнатися легко за характерним звуком. Принцип роботи та пристрій двигуна внутрішнього згоряння досить простий, якщо розібратися один раз.

А ось, що хитається технічного обслуговування, то тут допоможе дивитися технічну документацію. Але, якщо людина не впевнена, що вона може провести ТО або ремонт автомобіля своїми руками, варто звернутися в автосервіс.