Двигун та принцип його роботи. Принцип роботи двс. Найпоширеніші види двигунів

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 двигунивнутрішнього 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. У електронних системах сумішоутворення здійснюється під управлінням електронного блокууправління (ЕБУ) упорскуванням, що управляє електричними бензиновими вентилями.

Газові двигуни

Двигун спалює як паливо вуглеводні, що знаходяться в газоподібному стані. Найчастіше газові двигунипрацюю 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 запалюванням, він не потребує електрики для роботи (в автомобільних дизельних двигунах електрична система використовується тільки 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 для передачі зворотно-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 . Наприкінці такту стиснення горюча суміш спалахує (від стиску в дизельному двигуні, від іскри свічки в бензиновому двигуні). 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.

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 двигунівСС 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 – кінських силах(к.с.) та в 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 цьому 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 вал двигуна, переміщуючи поршень у період 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 вал знаходиться в блоці циліндрів і верхньоклапанний. Верхнеклапанний 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 двигунівнайпоширеніша 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 чи коромислами. Шків приводу розподільного валу винесений за межі головки блоку циліндрів. Для виключення протікання моторного масла з-під клапанної кришки, на шийку 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 розподільного валу за 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 у перетворенні на механічну роботу зміни 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 розподільчого 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.

Мета роботи двигуна - перетворення бензину на рушійну силу. Перетворюється бензин на рушійну силу шляхом спалювання всередині двигуна. Тому він і називається двигуном внутрішнього згоряння.

Запам'ятайте дві речі:

1. Є різні види двигунів внутрішнього згоряння:

• бензиновий двигун;
• дизельний;
• дизель із турбонаддувом;
• газовий двигун.

Відмінності у них у принципах роботи, плюс у кожного свої переваги та недоліки.

2. Бувають ще двигуни зовнішнього згоряння. Найкращий приклад - паровий двигунпароплав. Паливо (вугілля, дерево, масло) згоряє поза двигуном, утворюючи пару, яка і є рушійною силою. Двигун внутрішнього згоряння ефективніший, тому що йому потрібно менше палива на кілометр шляху. До того ж він набагато менший за еквівалентний двигун зовнішнього згоряння. Це пояснює, чому на вулицях зараз не їздять автомобілі з паровими двигунами.

Як працює система внутрішнього згоряння двигуна

Принцип, що лежить в основі роботи будь-якого поршневого: якщо ви помістите невелику кількість високоенергетичного палива, наприклад бензину, у невеликий замкнутий простір, і запаліть його, то при згорянні у вигляді газу вивільняється велика кількість енергії. Якщо створити безперервний цикл маленьких вибухів, швидкість яких буде, наприклад, сто разів на хвилину, і пустити енергію в правильне русло, то отримаємо основу роботи двигуна.

Автомобілі використовують "чотиритактний цикл згоряння" для перетворення бензину на рушійну силу чотирьох колісного автомобіля. Чотирьохтактний підхід також відомий як цикл Отто, на честь Ніколауса Отто, який винайшов його у 1867 році. До чотирьох тактів відносяться:

• такт впуску;
• такт стиснення;
• такт горіння;
• такт виведення продуктів згоряння

Поршень двигуна в цій історії головний "роботяг". Він своєрідно замінює картопляний снаряд у картопляній гарматі. Поршень з'єднаний з колінчастим валом-шатуном. Як тільки колінчастий вал починає обертання, відбувається ефект «розряду гармати». Розглянемо цикл згоряння бензину у циліндрі докладніше.

• Поршень знаходиться зверху, потім відкривається впускний клапан і поршень опускається, при цьому двигун набирає повний циліндр повітря та бензину. Цей такт називається тактом впуску. Для початку роботи досить змішати повітря із невеликою краплею бензину.
• Потім поршень рухається назад і стискає суміш повітря та бензину. Стиснення робить вибух потужнішим.
• Коли поршень досягає верхньої точки, свічка випромінює іскри, щоб запалити бензин. У циліндрі відбувається вибух бензинового заряду, що змушує поршень опуститися вниз.
• Як тільки поршень досягає дна, відкривається вихлопний клапан і продукти згоряння виводяться з циліндра через вихлопну трубу.

Тепер двигун готовий до наступного такту та цикл повторюється знову і знову.

Тепер розглянемо складові частини автомобільного мотораробота яких взаємопов'язана. Почнемо із циліндрів.

Складові частини двигуна

Схема №1

Основа двигуна - це циліндр, у якому вгору-вниз рухається поршень. Двигун, описаний вище, має циліндр. Це характерно для більшості газонокосарок, але в автомобільних двигунах циліндрів чотири, шість та вісім. У багатоциліндрових двигунах циліндри зазвичай розміщуються трьома способами: а) в один ряд; б) однорядно із нахилом від вертикалі; в) V-подібним способом; г) плоским способом (горизонтально оппозитний).

У різних способів розташування циліндрів різні перевагиі недоліки з погляду гладкості у роботі, виробничих витрат і показників. Ці переваги та недоліки роблять різні способи розташування циліндрів придатними для різних видівтранспорту.

Свічки запалювання

Свічки запалювання дають іскру, яка займає повітряно-паливну суміш. Іскра повинна спалахнути в потрібний момент для роботи двигуна. Якщо двигун починає працювати нестабільно, сіпається, чути що "пихкає" він сильніше ніж зазвичай, ймовірно одна зі свічок перестала працювати, її потрібно замінити.

Клапани (див. схему №1)

Впускні та випускні клапани відкриваються, щоб впустити повітря та паливо та випустити продукти згоряння. Зверніть увагу, обидва клапани закриті в момент стиснення та згоряння паливної суміші, забезпечуючи герметичність камери згоряння.

Поршень

Поршень - це циліндричний шматок металу, який рухається вгору-вниз усередині циліндра двигуна.

Поршневі кільця

Поршневі кільця забезпечують герметичність між ковзним зовнішнім краєм поршня та внутрішньою поверхнею циліндра. У кільця два призначення:

• Під час тактів стиснення та згоряння кільця не дають витекти повітряно-паливній суміші та вихлопним газам з камери згоряння.
• Кільця не дають моторному маслупотрапити до зони згоряння, де його буде знищено.

Якщо автомобіль починає "під'їдати масло" і доводиться підливати його кожні 1000 кілометрів, значить двигун автомобіля "втомився" і поршневі кільця в ньому сильно зношені. Такі кільця пропускають масло у циліндри, де воно згоряє. Очевидно, такому двигуну потрібен капітальний ремонт.

Шатун

Шатун з'єднує поршень із колінчастим валом. Він може обертатися різні боки і з обох кінців, т.к. і поршень і колінчастий вал перебувають у русі.

Колінчастий вал (розподільний вал)

Схема №2

Круговими рухами колінчастий вал змушує поршень рухатися вгору-вниз.

Маслозбірник

Маслозбірник оточує колінчастий вал і містить певну кількість масла, яке збирається в нижній частині (в масляному піддоні).

Причини неполадок та перебоїв у двигуні

Якщо автомобіль зранку не заводиться

Якщо машина з ранку не заводиться, тому є три основні причини:

• погана паливна суміш;
• відсутність стиснення;
• відсутність іскри.

Погана паливна суміш - недолік повітря, що надходить або бензину

Погана паливна суміш надходить у двигун у наступних випадках:

• Закінчився бензин і в двигун надходить лише повітря. Бензин не спалахує, згоряння не відбувається.
• Забиті повітрозабірники, і в двигун не надходить повітря, яке вкрай необхідне для такту згоряння.
• У паливі містяться домішки (наприклад, вода в бензобаку), які перешкоджають горінню палива. Змінюйте бензоколонку.
• Паливна системаподає дуже мало або занадто багато палива в суміш, отже, горіння не відбувається належним чином. Якщо суміші мало, то слабке займання в циліндрі не може прокрутити циліндр. Якщо суміші багато, то заливає свічки, і вони не дають іскру.

Про "залиті" свічки докладніше: якщо машина не заводиться, а бензонасос не перестає подавати паливо в циліндри, то бензин не спалахує, а навпаки "гасить" свічки запалювання. Свічки з "підмоченою репутацією" нормальної іскри для займання суміші не дадуть. Якщо відкрутивши свічку, виявите, що вона "мокра", сильно пахне бензином - знайте, свічки "залило". Або підсушіть всі 4 свічки, викрутивши їх і віднісши в тепле приміщення, або посидіть у незаведеній машині з натиснутою педаллю газу. дросельна заслінкабуде відкрита і свічки трохи підсохнуть від повітря, що надходить.

Відсутність стиску

Якщо паливна суміш не стискається, тому що треба, то й не буде необхідного згоряння для роботи машини. Відсутність стиснення виникає з таких причин:

• Поршневі кільця двигуна зношені, тому повітряно-паливна суміш просочується між стінкою циліндра та поверхнею поршня.
• Один із клапанів нещільно закривається, через що суміш витікає.
• У циліндрі є отвір.

Часто дірки в циліндрі з'являються в тому місці, де верхівка циліндра приєднується до самого циліндра. Між циліндром та головкою циліндра є тонка прокладка, яка забезпечує герметичність конструкції. Якщо прокладка схудне, то між головкою циліндра і самим циліндром утворюються отвори, через які утворюється витік суміші.

Відсутність іскри

Іскра може бути слабкою або взагалі відсутня у випадках:

• Якщо свічка запалення або дріт, що йде до неї, зношені, то іскра буде слабкою.
• Якщо провід перерізаний або відсутній взагалі, якщо система, що посилає іскри вниз по дроту, не працює, як потрібно, то іскри не буде.
• Якщо іскра приходить у цикл занадто рано чи занадто пізно, паливо не спалахне в потрібний момент, що вплине на стабільну роботу двигуна.

Можливі й інші проблеми із двигуном. Наприклад:

• Якщо акумулятор на авто розряджений, двигун не зробить жодного обороту, а автомобіль не заведеться.
• Якщо підшипники, які дозволяють вільно обертатися колінчастому валу, зношені, колінчастий вал не прокрутиться, а двигун не запуститься.
• Якщо клапани не будуть закриватися або відкриватися в потрібний момент циклу, робота двигуна буде неможлива.
• Якщо в автомобілі закінчилося масло, поршні не зможуть вільно рухатися в циліндрі, і двигун зупиниться.

У справно - працюючому двигуні описаних проблем не може. Якщо вони з'явилися, чекайте на лиха.

Клапанний механізм двигуна та система запалювання

Розберемо процеси, що відбуваються в двигуні окремо. Почнемо з клапанного механізму, який складається з клапанів та механізмів, що відкривають та закривають прохід паливним відходам. Система відкриття та закриття клапанів називається валом. На розподільчому валу є виступи, які рухають клапани вгору і вниз.

Двигуни, в яких вал розміщений над клапанами (буває, що вал розміщують унизу), мають кулачки розподільного валу, які регулюють порядок роботи циліндрів (див. схему №2). Кулачки валу впливають на клапани безпосередньо або через дуже короткі зв'язувальні ланки. Ця система налаштована так, що клапани синхронізовані із поршнями. Багато високоефективних двигунів мають чотири клапани на один циліндр - два на вхід повітря і два на вихід для продуктів згоряння, і такі механізми вимагають два розподільних валівна один блок циліндрів.

Система запалювання створює високовольтний заряд та передає його на свічки запалювання через дроти. Спочатку заряд надходить у розподільник, який легко знайти під капотом більшості легкових автомобілів. У центр розподільника підключено один провід, та якщо з нього виходить чотири, шість чи вісім інших бронепроводів, залежно кількості циліндрів у двигуні. Ці дроти надсилають заряд на кожну свічку запалювання. Робота двигуна налаштована так, що за один раз лише один циліндр одержує заряд від розподільника, що гарантує максимально плавну роботу двигуна.

Давайте подумаємо, як заводиться двигун, як остигає і як у ньому проходить циркуляція повітря.

Система запалювання двигуна, охолодження та набору повітря

Система охолодження у більшості автомобілів складається з радіатора та водяного насоса. Вода циркулює навколо циліндрів спеціальними проходами, потім для охолодження, вона надходить у радіатор. У поодиноких випадках двигуни автомобіля оснащені повітряною системою. Це робить двигуни легшим, але охолодження при цьому менш ефективне. Двигуни з повітряною системою охолодження, мають менший термін служби та меншу продуктивність.

Існують автомобільні двигуни з наддувом. Це коли повітря проходить через повітряні фільтриі потрапляє у циліндри. Наддув ставлять у атмосферних двигунах. Для збільшення продуктивності деякі двигуни оснащені турбонаддувом. Через турбонаддув повітря, що надходить у двигун, вже знаходиться під тиском, отже, в циліндр втискається більше повітряно-паливної суміші. За рахунок турбонаддува збільшується потужність двигуна.

Підвищення продуктивності автомобіля - це круто, але що відбувається, коли ви провертаєте ключ у замку запалювання і запускаєте автомобіль? Система запалення складається з електромотора, або стартера, та соленоїда (реле стартера). Коли повертається ключ у замку запалювання, стартер обертає двигун на кілька обертів, щоб розпочався процес згоряння палива. Чим потужніший мотор, тим більше потрібен акумулятор, щоб дати йому поштовх. Так як запуск двигуна вимагає багато енергії, сотні ампер повинні надійти у стартер для його запуску. Соленоїд чи реле стартера, це той самий перемикач, який справляється з таким потужним потоком електрики. Коли ви провертаєте ключ запалювання, соленоїд активується та запускає стартер.

Розберемо підсистеми автомобільного мотора, що відповідають за те, що надходить у двигун (масло, бензин) і за те, що з нього виходить (вихлопні гази).

Мастильні рідини двигуна, паливна, вихлопна та електричні системи

Як бензин приводить в дію циліндри? Паливна система двигуна викачує бензин із бензобака і змішує його з повітрям так, щоб у циліндр надійшла правильна повітряно-бензинова суміш. Паливо подається трьома поширеними способами: сумішоутворенням, упорскуванням через паливний порт і прямим упорскуванням.

При сумішоутворенні карбюратор додає бензин у повітря, як повітря потрапляє в двигун.

В інжекторному двигуні паливо впорскується індивідуально в кожен циліндр або через впускний клапан (упорскування через паливний порт), або безпосередньо в циліндр. Називається "пряме упорскування".

Олія також відіграє важливу роль у двигуні. Мастильна система не допускає тертя жорстких сталевих частин один об одного - запчастини не зношуються, сталева стружка всередині двигуна не літає. Поршні та підшипники - що дозволяють вільно обертатися колінчастому та розподільчому валу - основні частини, що вимагають змащення в системі. У більшості автомобілів, масло засмоктується через масляний насосз маслозбірника, проходить через фільтр, щоб очиститися від піску та вироблення механізмів мотора, потім, під високим тиском впорскується в підшипники та на стінки циліндра. Потім олію стікає в маслозбірник, і цикл повторюється знову.

Тепер ви знаєте більше про те, що надходить у двигун автомобіля. Але давайте поговоримо і про те, що виходить з нього. Вихлопна система вкрай проста і складається з вихлопної труби та глушника. Якби не було глушника, в салоні автомобіля було б чути всі міні-вибухи, що відбуваються в двигуні. Глушник гасить звук, а вихлопна трубавиводить продукти згоряння із автомобіля.

Електрична система автомобіля, що запускає машину

Електрична система складається з акумулятора та генератора змінного струму. Генератор змінного струму підключений проводами до двигуна та виробляє електроенергію, необхідну для заряджання акумулятора. У незаведеній машині при повороті ключа запалювання живлення всіх систем відповідає акумулятор. У заведеній – генератор. Акумулятор потрібен лише, щоб запустити електричну системумашини, далі у роботу вступає генератор, який виробляє енергію з допомогою роботи двигуна. Акумулятор у цей час заряджається від генератора та "відпочиває". Докладніше про акумулятори.

Як збільшити продуктивність двигуна та покращити його роботу

Будь-який двигун можна змусити працювати краще. Робота автовиробників над збільшенням потужності двигуна та одночасним зменшенням витрати палива не припиняється ні на секунду.

Збільшення об'єму двигуна.Чим більший обсяг двигуна, тим більша його потужність, т.к. за кожен оберт двигун спалює більше палива. Збільшення об'єму двигуна відбувається за рахунок збільшення або об'єму циліндрів або їх кількості. Зараз 12 циліндрів – це межа.

Збільшення ступеня стиснення.До певного моменту збільшення ступеня стиснення суміші збільшує одержувану енергію. Однак, чим більше стискається повітряно-паливна суміш, тим вища ймовірність того, що вона спалахне раніше, ніж свічка запалювання дасть іскру. Чим вище октанове число бензину, тим менша ймовірність передчасного займання. Тому високопродуктивні автомобілі потрібно заправляти високооктановим бензином, так як двигуни таких машин використовують дуже високий коефіцієнт стиснення для більшої потужності.

Більше заповнення циліндра.Якщо в циліндр втиснути більше повітря та палива, то на виході виходить більше енергії. Турбонаддуви та наддуви нагнітають тиск повітря та ефективно втискують його в циліндр.

Охолодження повітря, що надходить.Стиснення повітря підвищує його температуру. Тим не менш, хотілося б мати якомога холодніше повітря в циліндрі, т.к. що температура повітря, тим більше він розширюється при горінні. Тому багато систем турбонаддуву та наддуву мають інтеркулер. Інтеркулер – це радіатор, через який проходить стиснене повітря та охолоджується, перш ніж потрапити в циліндр.

Зменшити вагу деталей.Чим легше запчастини двигуна, краще він працює. Щоразу, коли поршень змінює напрямок, він витрачає енергію на зупинку. Чим легше поршень, тим менше енергії він споживає. Двигун із вуглецевого волокна ще не вигадали, але як роблять цей матеріал, читайте на сайт.

Упорскування палива.Система упорскування дуже точно дозує паливо надходить у кожний циліндр, підвищуючи продуктивність двигуна та економлячи паливо.

Тепер ви знаєте, як працює двигун автомобіля, а також причини його основних неполадок та перебоїв. Якщо залишилися питання або є зауваження щодо викладеного матеріалу, ласкаво просимо в коментарі.

У переважній більшості автомобілів використовуються як паливо для двигунів похідні нафти. При згорянні цих речовин виділяються гази. У замкнутому просторі вони утворюють тиск. Складний механізм сприймає ці навантаження і трансформує їх спочатку в поступальний рух, а потім - у обертальний. На цьому ґрунтується принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння. Далі обертання вже передається на провідні колеса.

Поршневий двигун

У чому перевага такого механізму? Що дав новий принципроботи двигуна внутрішнього згоряння? Нині їм обладнуються як автомобілі, а й сільськогосподарський і вантажний транспорт, локомотиви поїздів, мотоцикли, мопеди, скутера. Двигуни такого типу встановлюються на військовій техніці: танках, бронетранспортерах, гелікоптерах, катерах. Ще можна згадати про бензопили, косарки, мотопомпи, генераторні підстанції та інше мобільне обладнання, в якому використовується для роботи дизельне паливо, бензин або газова суміш.

До винаходу принципу внутрішнього згоряння паливо, частіше тверде (вугілля, дрова), спалювалося в окремій камері. Для цього застосовувався котел, який грів воду. Як першоджерело рушійної сили використовувався пар. Такі механізми були масивними та габаритними. Ними обладналися локомотиви паровозів та теплоходи. Винахід двигуна внутрішнього згоряння дало змогу в рази зменшити габарити механізмів.

Система

Працюючи двигуна постійно відбувається ряд циклічних процесів. Вони повинні бути стабільними і проходити за певний проміжок часу. Ця умова забезпечує безперебійну роботу всіх систем.

У дизельних двигунів паливо попередньо не готується. Система подачі палива доставляє його з бака і подається під високим тиском в циліндри. Бензин по дорозі попередньо змішується з повітрям.

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння такий, що система запалювання спалахує цю суміш, а кривошипно-шатунний механізм приймає, трансформує та передає енергію газів на трансмісію. Газорозподільна система випускає з циліндрів продукти горіння та виводить їх за межі транспортного засобу. Принагідно знижується звук вихлопу.

Система мастила забезпечує можливість обертання рухомих вузлів. Проте тертьові поверхні нагріваються. Система охолодження стежить, щоб температура не виходила межі допустимих значень. Хоча всі процеси відбуваються в автоматичному режимі, за ними все ж таки необхідно спостерігати. Це забезпечує система керування. Вона передає дані на пульт у кабіну водія.

Достатньо складний механізм повинен мати корпус. У ньому монтуються основні вузли та агрегати. Додаткове обладнаннядля систем, що забезпечують нормальну його роботу, розміщується поблизу та монтується на знімних кріпленнях.

У блоці циліндрів розташовується кривошипно-шатунний механізм. Основне навантаження від згорілих газів палива передається на поршень. Він шатуном з'єднаний з колінчастим валом, який перетворює поступальний рух у обертальний.

Також у блоці розміщується циліндр. По його внутрішній площині переміщається поршень. На ньому прорізані канавки, в яких розміщуються кільця ущільнювачів. Це необхідно для мінімізації зазору між площинами та створення компресії.

Зверху до корпусу кріпиться головка блоку циліндрів. У ній монтується газорозподільний механізм. Він складається з валу з ексцентриками, коромисел та клапанів. Їхнє почергове відкриття та закриття забезпечують впуск палива всередину циліндра та випуск потім відпрацьованих продуктів горіння.

Донизу корпусу монтується піддон блоку циліндрів. Туди стікає масло після того, як воно змаже терть з'єднання деталей вузлів і механізмів. Усередині двигуна ще розташовані канали, якими циркулює охолодна рідина.

Принцип роботи ДВС

Суть процесу полягає у перетворенні одного виду енергії в інший. Це відбувається при спалюванні палива у замкнутому просторі циліндра двигуна. Гази, що виділяються при цьому, розширюються, і всередині робочого простору створюється надлишковий тиск. Його сприймає поршень. Він може рухатися вгору-вниз. Поршень за допомогою шатуна з'єднаний з колінчастим валом. По суті, це головні деталі кривошипно-шатунного механізму - основного вузла, що відповідає за перетворення хімічної енергії палива у обертальний рух валу.

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння ґрунтується на почерговій зміні циклів. При поступальному русі поршня вниз відбувається робота - на певний кут провертається колінчастий вал. На одному його кінці закріплено потужний маховик. Отримавши прискорення, він інерцією продовжує рух, і це ще провертає колінчастий вал. Тепер шатун штовхає поршень нагору. Він займає робоче становище і знову готовий прийняти на себе енергію спалахненого палива.

Особливості

Принцип роботи ДВС легкових автомобілів найчастіше заснований на перетворенні енергії бензину, що згоряється. Вантажівки, трактори та спеціальна техніка обладнуються в основному дизельними двигунами. Ще як паливо може використовуватися скраплений газ. Дизельні двигуни не мають системи запалювання. Запалення палива походить від створюваного тиску в робочій камері циліндра.

Робочий цикл може здійснюватися за один або два обороти колінчастого валу. У першому випадку відбувається чотири такти: впуск палива та його займання, робочий хід, стиск, випуск відпрацьованих газів. Двотактний двигунвнутрішнього згоряння повний цикл здійснює за один оборот колінчастого валу. При цьому за один такт відбувається впуск палива та його стиск, а на другому - займання, робочий хід та випуск відпрацьованих газів. Роль газорозподільного механізму двигунах такого типу грає поршень. Рухаючись вгору-вниз, він по черзі відкриває вікна впуску палива та випуску відпрацьованих газів.

Крім поршневих ДВЗ існують ще турбінні, реактивні та комбіновані двигуни внутрішнього згоряння. Перетворення у них енергії палива в поступальний рух транспортного засобу здійснюється за іншими принципами. Пристрій двигуна та допоміжних систем також суттєво відрізняється.

Втрати

Незважаючи на те, що ДВЗ відрізняється надійністю та стабільністю роботи, його ефективність недостатньо висока, як це може здатися на перший погляд. У математичному вимірі ККД двигуна внутрішнього згоряння становить середньому 30-45 %. Це говорить про те, що більша частина енергії палива, що згоряється, витрачається вхолосту.

ККД кращих бензинових двигунівможе становити лише 30%. І тільки потужні економні дизелі, які мають багато додаткових механізмів і систем, можуть ефективно перетворити до 45% енергії палива в перерахунку на потужність і корисну роботу.

Пристрій двигуна внутрішнього згоряння не може унеможливити втрати. Частина палива не встигає згоряти і йде з відпрацьованими газами. Інша стаття втрат - це витрата енергії на подолання різноманітних опорів при терті пов'язаних поверхонь деталей вузлів і механізмів. І ще якась її частина витрачається на приведення в дію систем двигуна, що забезпечують його нормальну і безперебійну роботу.

Двигун внутрішнього згоряння або ДВЗ – це найбільш поширений тип двигуна, який можна зустріти на автомобілях. Незважаючи на той факт, що двигун внутрішнього згоряння сучасних автомобіляхскладається з багатьох елементів, його принцип роботи гранично простий. Давайте докладніше розглянемо, що таке ДВС, як і функціонує у автомобілі.

ДВС що це?

Двигун внутрішнього згоряння – це вид теплового двигуна, в якому перетворюється частина хімічної енергії, одержуваної при згорянні палива, механічну, що приводить механізми в рух.

ДВС поділяються на категорії за робочими циклами: дво- та чотиритактні. Також їх розрізняють за способом приготування паливно-повітряної суміші: із зовнішнім (інжектори та карбюратори) та внутрішнім ( дизельні агрегати) сумішоутворення. Залежно від того, як у двигунах перетворюється енергія, їх поділяють на поршневі, реактивні, турбінні та комбіновані.

Основні механізми двигуна внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння складається з величезної кількості елементів. Але є основні, що характеризують його продуктивність. Давайте розглянемо будова ДВСта основних його механізмів.

1. Циліндр – це найважливіша частина силового агрегату. Автомобільні двигуни зазвичай мають чотири і більше циліндрів, аж до шістнадцяти на серійних суперкарах. Розташування циліндрів у таких двигунах може бути в одному з трьох порядків: лінійно, V-образно і опозитно.

2. Свічка запалювання генерує іскру, яка займає паливно-повітряну суміш. Завдяки цьому відбувається процес згоряння. Щоб двигун працював «як годинник», іскра повинна подаватися точно в певний час.

3. Клапани впуску та випуску також функціонують лише у певні моменти. Один відкривається, коли потрібно впустити чергову порцію палива, інший коли потрібно випустити відпрацьовані гази. Обидва клапани міцно закриті, коли у двигуні відбуваються такти стиснення та згоряння. Це забезпечує необхідну повну герметичність.

4. Поршень є металевою деталлю, яка має форму циліндра. Рух поршня здійснюється вгору-вниз усередині циліндра.

5. Поршневі кільця служать ущільнювачами ковзання зовнішньої кромки поршня та внутрішньої поверхні циліндра. Їх використання обумовлено двома цілями:

Вони не дають потрапляти горючій суміші в картер ДВЗ з камери згоряння в моменти стиснення та робочого такту.

Вони не дають потрапити маслу з картера в камеру згоряння, адже там воно може спалахнути. Багато автомобілів, які спалюють олію, обладнані старими двигунами, і їх поршневі кільця вже не забезпечують належного ущільнення.

6. Шатун служить сполучним елементом між поршнем і колінчастим валом.

7. Колінчастий вал перетворює поступальні рухи поршнів у обертальні.

8. Картер розташовується навколо колінчастого валу. У його нижній частині (піддоні) збирається певна кількість олії.

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння

У попередніх розділах ми розглянули призначення та пристрій ДВЗ. Як ви вже зрозуміли, кожен такий двигун має поршні та циліндри, всередині яких теплова енергія перетворюється на механічну. Це, своєю чергою, змушує автомобіль рухатися. Цей процесповторюється з разючою частотою – кілька разів на секунду. Завдяки цьому колінчастий вал, який виходить з двигуна, безперервно обертається.

Розглянемо докладніше принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння. Суміш палива та повітря потрапляє в камеру згоряння через впускний клапан. Далі вона компресується і спалахує іскрою від свічки запалювання. Коли паливо згоряє, у камері утворюється дуже висока температуращо призводить до появи надлишкового тиску в циліндрі. Це змушує рухатися поршень до «мертвої точки». Він таким чином робить один робочий хід. Коли поршень рухається вниз, він за допомогою шатуна обертає колінчастий вал. Потім, рухаючись від нижньої мертвої точкидо верхньої, виштовхує відпрацьований матеріал у вигляді газів через клапан випуску далі у вихлопну систему машини.

Такт - це процес, що відбувається в циліндрі за один хід поршня. Сукупність таких тактів, які повторюються у строгій послідовності і за певний період – це робочий цикл ДВЗ.

Впуск

Впускний такт є першим.Він починається з верхньої мертвої точки поршня. Він рухається вниз, всмоктуючи в циліндр суміш із палива та повітря. Цей такт відбувається, коли клапан впуску відкритий. До речі, існують двигуни, у яких є кілька впускних клапанів. Їх технічні характеристикисуттєво впливають на потужність ДВЗ. У деяких двигунах можна регулювати час знаходження впускних клапанів відкритими. Це регулюється натисканням на педаль газу. Завдяки такій системі кількість палива, що всмоктується, збільшується, а після його загоряння істотно зростає і потужність силового агрегату. Автомобіль у такому разі може суттєво прискоритися.

Стиснення

Другим робочим тактом двигуна внутрішнього згоряння є стиск.Після досягнення поршнем нижньої мертвої точки, він піднімається вгору. За рахунок цього суміш, що потрапила в циліндр, під час першого такту стискається. Паливно-повітряна суміш стискується до розмірів камери згоряння. Це те вільне місце між верхніми частинами циліндра і поршня, який знаходиться у своїй верхній мертвій точці. Клапани під час цього такту щільно закриті. Чим герметичніший освічений простір, тим якісніше стиск виходить. Дуже важливо, який стан у поршня, його кілець та циліндра. Якщо десь присутні зазори, то про гарне стиснення мови бути не може, а, отже, і потужність силового агрегату буде значно нижчою. За величиною стиску визначається те, наскільки зношений силовий агрегат.

Робочий хід

Цей третій такт починається з верхньої мертвої точки. І таку назву він одержав не випадково. Саме під час цього такту в двигуні відбуваються процеси, які рухають автомобіль.У цьому вся такті підключається система запалювання. Вона відповідає за підпал повітряно-паливної суміші, стиснутої в камері згоряння. Принцип роботи ДВС у цьому такті дуже простий – свічка системи дає іскру. Після займання палива відбувається мікровибух. Після цього воно різко збільшується в об'ємі, змушуючи поршень різко рухатися вниз. Клапани у цьому такті перебувають у закритому стані, як і попередньому.

Випуск

Заключний такт роботи двигуна внутрішнього згоряння – випуск. Після робочого такту поршнем досягається нижня мертва точка, а потім відкривається випускний клапан. Після цього поршень рухається нагору, і через цей клапан викидає відпрацьовані гази з циліндра. Це процес вентиляції. Від того, наскільки чітко працюють клапан, залежить ступінь стиснення камери згоряння, повне видалення відпрацьованих матеріалів і необхідну кількість повітряно-паливної суміші.

Після цього такту все починається наново. А рахунок чого обертається коленвал? Справа в тому, що не вся енергія йде на рух автомобіля. Частина енергії розкручує маховик, який під впливом інерційних сил розкручує колінчастий вал ДВС, переміщуючи поршень у неробочі такти.

А чи знаєте ви?Дизельний двигун важчий, ніж бензиновий, через більш високу механічну напругу. Тому конструктори використовують масивніші елементи. Натомість ресурс таких двигунів вищий за бензинові аналоги. Крім того, дизельні автомобіліспалахують значно рідше бензинових, оскільки дизель нелеткий.

Гідності й недоліки

Ми з вами дізналися, що являє собою двигун внутрішнього згоряння, а також який його пристрій та принцип роботи. На закінчення розберемо його основні переваги та недоліки.

Переваги ДВЗ:

1. Можливість тривалого пересування повному баку.

2. Невелика вага та об'єм бака.

3. Автономність.

4. Універсальність.

5. Помірна вартість.

6. Компактні розміри.

7. Швидкий старт.

8. Можливість використання кількох видів палива.

Недоліки ДВЗ:

1. Слабкий експлуатаційний ККД.

2. Сильна забруднюваність довкілля.

3. Обов'язкова наявність коробки перемикання передач.

4. Відсутність режиму рекуперації енергії.

5. Більшість часу працює з недовантаженням.

6. Дуже галасливий.

7. Висока швидкість обертання колінчастого валу.

8. Невеликий ресурс.

Цікавий факт!Найменший двигун спроектований у Кембриджі. Його габарити становлять 5*15*3 мм, яке потужність 11,2 Вт. Частота обертання колінвалу становить 50 000 об/хв.