Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння ДВС: пристрій, робота, ККД

У кожного з нас є певний автомобіль, проте лише деякі водії замислюються над тим, як влаштований двигун автомобіля. Потрібно розуміти також, що повністю знати пристрій двигуна автомобіля необхідно лише фахівцям, які працюють на СТО. Наприклад, багато хто з нас має різні електронні пристрої, але це зовсім не означає, що ми повинні розуміти, як вони влаштовані. Ми просто користуємося ними за прямим призначенням. Однак із машиною ситуація трохи інша.

Усі ми розуміємо, що Поява неполадок у двигуні автомобіля безпосередньо впливає на наше здоров'я та життя.Від правильної роботи силового агрегату нерідко залежить якість їзди, а також безпека людей, які перебувають у автомобілі. Тому рекомендуємо приділити увагу вивченню цієї статті про те, як працює двигун автомобіля і з чого він складається.

Історія розробки автомобільного двигуна

У перекладі з оригінальної латинської мови двигун або мотор означає «що рухається». Сьогодні двигуном називають певний пристрій, призначений для перетворення одного з видів енергії на механічну. Найпопулярнішими сьогодні вважаються двигуни внутрішнього згоряннятипи яких бувають різними. Перший такий двигун з'явився в 1801 році, коли Філіп Лебон з Франції запатентував двигун, який функціонував на світильному газі. Після цього свої розробки представили Август Отто та Жан Етьєн Ленуар. Відомо, що Август Отто першим запатентував 4-тактний двигун. До нашого часу будова двигуна практично не змінилася.

У 1872 році відбувся дебют американського двигуна, який працював на гасі. Однак цю спробу важко було назвати вдалою, оскільки гас не міг нормально вибухати в циліндрах. Вже за 10 років Готліб Даймлер презентував свій варіант двигуна, який працював на бензині, причому працював досить непогано.

Розглянемо сучасні типидвигунів автомобіляі розберемося, якого з них належить ваша машина.

Типи автомобільних двигунів

Оскільки найпоширенішим у наш час вважають двигун внутрішнього згоряння, розглянемо типи двигунів, якими сьогодні оснащуються майже всі машини. ДВС – це далеко не найкращий типдвигуна, проте саме його використовують у багатьох транспортних засобах.

Класифікація двигунів автомобіля:

• Дизельні двигуни. Подача дизельного палива здійснюється в циліндри за допомогою спеціальних форсунок. Такі мотори не потребують електричної енергії для роботи. Вона їм потрібна лише запуску силового агрегату.
• Бензинові двигуни Вони бувають інжекторними. Сьогодні використовується кілька типів систем упорскування та . Працюють такі двигуни на бензині.
• Газові двигуни У таких двигунах може використовуватися стиснений або скраплений газ. Такі гази отримують з допомогою перетворення дерева, вугілля чи торфу на газоподібне паливо.

Робота та конструкція двигуна внутрішнього згоряння

Принцип роботи двигуна автомобіля– це питання, яке цікавить практично кожного автовласника. У ході першого ознайомлення із будовою двигуна все виглядає дуже складним. Однак насправді, за допомогою ретельного вивчення, пристрій двигуна стає цілком зрозумілим. У разі потреби знання про принцип роботи двигуна можна використовувати в житті.

1. Блок циліндрівє своєрідним корпусом мотора. Усередині нього розташована система каналів, яка використовується для охолодження та мастила силового агрегату. Він використовується як основа для додаткового обладнання, Наприклад, картера і .

2. Поршень, що є пустотілою склянкою з металу. На його верхній частині розташовані канавки для поршневих кілець.

3. Поршневі кільця.Кільця, розташовані внизу, називаються маслознімними, а верхні - компресійні. Верхні кільця забезпечують високий рівень стиснення або компресію суміші палива та повітря. Кільця використовуються для забезпечення герметичності камери згоряння, а також як ущільнювачі, що запобігають попаданню масла в камеру згоряння.

4. Кривошипно-шатунний механізм.Відповідає за передачу зворотно-поступальної енергії поршневого руху колінчастий вал двигуна.

Багато автолюбителів не знають, що насправді принцип роботи ДВС є досить нескладним. Спочатку потрапляє із форсунок у камеру згоряння, де воно змішується з повітрям. Потім видає іскру, що спричиняє займання паливно-повітряної суміші, через що вона вибухає. Гази, які формуються внаслідок цього, рухають поршень вниз, у процесі чого він передає відповідний рух колінчастому валу. Колінвал починає обертати трансмісію. Після цього набір спеціальних шестерень здійснює передачу руху на колеса передньої або задньої осі (залежно від приводу може і на всі чотири).

Саме так працює двигун автомобіля. Тепер вас не зможуть обдурити недобросовісні фахівці, які візьмуться за ремонт силового агрегату машини.

Ось уже близько ста років усюди у світі основним силовим агрегатомна автомобілях та мотоциклах, тракторах та комбайнах, іншій техніці є двигун внутрішнього згоряння. Прийшовши на початку ХХ століття на зміну двигунам зовнішнього згоряння(паровим), він і в віці двадцять першому залишається найбільш економічно ефективним видом двигуна. У цій статті ми докладно розглянемо пристрій, принцип роботи різних видівДВЗ та його основних допоміжних систем.

Визначення та загальні особливості роботи ДВС

Головна особливість будь-якого двигуна внутрішнього згоряння полягає в тому, що паливо займається безпосередньо всередині його робочої камери, а не додаткових зовнішніх носіїв. У процесі роботи хімічна та теплова енергія від згоряння палива перетворюється на механічну роботу. Принцип роботи ДВС заснований на фізичному ефекті теплового розширення газів, що утворюється у процесі згоряння паливно-повітряної суміші під тиском усередині циліндрів двигуна.

Класифікація двигунів внутрішнього згоряння

У процесі еволюції ДВС виділилися такі типи даних моторів, що довели свою ефективність:

• Поршневідвигун внутрішнього згорання. Вони робоча камера перебуває усередині циліндрів, а теплова енергія перетворюється на механічну роботу у вигляді кривошипно-шатунного механізму, що передає енергію руху на колінчастий вал. Поршневі двигуниділяться, у свою чергу, на
• карбюраторні, В яких повітряно-паливна суміш формується в карбюраторі, впорскується в циліндр і займається там іскрою від свічки запалювання;

• інжекторні, в яких суміш подається безпосередньо в впускний колектор, через спеціальні форсунки, під контролем електронного блокууправління, а також займається за допомогою свічки;
• дизельні, В яких займання повітряно-паливної суміші відбувається без свічки, за допомогою стиснення повітря, яке від тиску нагрівається від температури, що перевищує температуру горіння, а паливо впорскується в циліндри через форсунки.
• Роторно-поршневідвигун внутрішнього згорання. У двигунах даного типу теплова енергія перетворюється на механічну роботу за допомогою обертання робочими газами ротора. спеціальної формита профілю. Ротор рухається «планетарною траєкторією» всередині робочої камери, що має форму «вісімки», і виконує функції як поршня, так і ГРМ (газорозподільного механізму), і колінчастого валу.
• Газотурбіннідвигун внутрішнього згорання. У цих моторах перетворення теплової енергії в механічну роботу здійснюється за допомогою обертання ротора зі спеціальними клиноподібними лопатками, що приводить в рух вал турбіни.

Найбільш надійними, невибагливими, економічними в плані витрачання палива та необхідності в регулярному техобслуговуванні є поршневі двигуни.

Техніку з іншими видами ДВС можна вносити до Червоної книги. В наш час автомобілі з роторно-поршневими двигунамиробить тільки "Mazda". Досвідчену серію автомашин з газотурбінним двигуном випускав «Chrysler», але це було в 60-х роках, і більше до цього питання ніхто з автовиробників не повертався. У СРСР газотурбінними двигунамиоснащувалися танки "Т-80" і десантні кораблі "Зубр", але надалі вирішено було відмовитися від цього типу моторів. У зв'язку з цим, докладно зупинимося на тих, хто «завоював світове панування» поршневі двигуни внутрішнього згоряння.

Корпус двигуна поєднує в єдиний організм:

• блок циліндрів, всередині камер згоряння яких займається паливно-повітряна суміш, а гази від цього згоряння надають руху поршні;
• кривошипно-шатунний механізм, що передає енергію руху на колінчастий вал;
• газорозподільчий механізм, який покликаний забезпечувати своєчасне відкриття/закриття клапанів для впуску/випуску горючої сумішіта відпрацьованих газів;
• система подачі («уприскування») та займання («запалювання») паливно-повітряної суміші;
• система видалення продуктів горіння (вихлопних газів).

Чотирьохтактний двигун внутрішнього згоряння в розрізі

При пуску двигуна в його циліндри через впускні клапани впорскується повітряно-паливна суміш і запалюється там від свічки іскри запалювання. При згорянні і тепловому розширенні газів від надлишкового тиску поршень починає рухатися, передаючи механічну роботу на обертання коленвала.

Робота поршневого двигуна внутрішнього згоряння здійснюється циклічно. Ці цикли повторюються з частотою кілька сотень разів на хвилину. Це забезпечує безперервне поступальне обертання колінчастого валу, що виходить з двигуна.

Визначимося у термінології. Такт - це робочий процес, що відбувається в двигуні за один хід поршня, точніше, за його рух в одному напрямку, вгору або вниз. Цикл - це сукупність тактів, що повторюються певної послідовності. За кількістю тактів у межах одного робочого циклу ДВС поділяються на двотактні (цикл здійснюється за один оборот коленвала і два ходи поршня) і чотиритактні (за два обороти колінвала і чотири ходи поршня). При цьому, як у тих, так і в інших двигунах, робочий процес йде за таким планом: впуск; стиск; згоряння; розширення та випуск.

Принципи роботи ДВС

- Принцип роботи двотактного двигуна

Коли відбувається запуск двигуна, поршень, що захоплюється поворотом колінчастого валу, починає рухатися. Як тільки він досягає своєї нижньої мертвої точки (НМТ) і переходить до руху вгору, камеру згоряння циліндра подається паливно-повітряну суміш.

У своєму русі вгору поршень стискає її. У момент досягнення поршнем його верхньої мертвої точки (ВМТ) іскра від свічки електронного запалюваннязаймає паливно-повітряну суміш. Миттєво розширюючись, пари палива, що горить, стрімко штовхають поршень назад до нижньої мертвої точки.

У цей час відкривається випускний клапан, через який розжарені вихлопні гази видаляються з камери згоряння. Знову пройшовши НМТ, поршень відновлює свій рух до ВМТ. За цей час колінчастий вал здійснює один оборот.

При новому русі поршня знову відкривається канал впуску паливно-повітряної суміші, яка заміщає весь обсяг відпрацьованих газів, що вийшли, і весь процес повторюється заново. Зважаючи на те, що робота поршня в подібних моторах обмежується двома тактами, він робить набагато меншу, ніж у чотиритактному двигуні, кількість рухів за певну одиницю часу. Мінімізуються втрати на тертя. Однак виділяється велика теплова енергія, і двотактні двигуни швидше та сильніше гріються.

У двотактних двигунах поршень замінює собою клапанний механізм газорозподілу, в ході свого руху в певні моменти відкриваючи та закриваючи робочі отвори впуску та випуску в циліндрі. Найгірший, в порівнянні з чотиритактним двигуном, газообмін є головним недоліком двотактної системиДВЗ. У момент видалення вихлопних газів втрачається певний відсоток як робочої речовини, а й потужності.

Сферами практичного застосування двотактних двигунів внутрішнього згоряння стали мопеди та моторолери; човнові мотори, газонокосарки, бензопили тощо. малопотужна техніка.

Даних недоліків позбавлені чотиритактні ДВС, які, у різних випадках, і встановлюються на практично всі сучасні автомобілі, трактори та іншу техніку. Вони впуск/ випуск горючої суміші/вихлопних газів здійснюються як окремих робочих процесів, а чи не поєднані зі стиском і розширенням, як і двухтактных. За допомогою газорозподільного механізму забезпечується механічна синхронність роботи впускних та випускних клапанів із оборотами коленвала. У чотиритактному двигуні впорскування паливно-повітряної суміші відбувається тільки після повного видалення відпрацьованих газів та закриття випускних клапанів.

Процес роботи двигуна внутрішнього згоряння

Кожен такт роботи становить один хід поршня в межах від верхньої до нижньої мертвих точок. При цьому двигун проходить через наступні фази роботи:

• Такт перший, впуск. Поршень здійснює рух від верхньої до нижньої мертвої точки. У цей час усередині циліндра виникає розрядження, відкривається впускний клапан і надходить паливно-повітряна суміш. На завершення впуску тиск у порожнині циліндра становить у межах від 0,07 до 0,095 МПа; температура – ​​від 80 до 120 градусів Цельсія.
• Такт другий, стиск. При русі поршня від нижньої до верхньої мертвої точки і закритих впускний і випускний клапан відбувається стиснення горючої суміші в порожнині циліндра. Цей процес супроводжується підвищенням тиску до 1,2-1,7 МПа, а температури – до 300-400 градусів Цельсія.
• Такт третій, розширення. Паливно-повітряна суміш спалахує. Це супроводжується виділенням значної кількості теплової енергії. Температура в порожнині циліндра різко зростає до 2,5 тисячі градусів за Цельсієм. Під тиском поршень швидко рухається до своєї нижньої мертвої точки. Показник тиску становить від 4 до 6 Мпа.
• Такт четвертий, випуск. Під час зворотного руху поршня до верхньої мертвої точки відкривається випускний клапан, через який вихлопні гази виштовхуються з циліндра у випускний трубопровід, а потім і в довкілля. Показники тиск у завершальній стадії циклу становлять 0,1-0,12 МПа; температури – 600-900 градусів за Цельсієм.

Допоміжні системи двигуна внутрішнього згоряння

Система запалювання є частиною електрообладнання машини та призначена для забезпечення іскри, що займає паливно-повітряну суміш у робочій камері циліндра. Складовими частинамисистеми запалення є:

• Джерело живлення. Під час запуску двигуна таким є акумуляторна батарея, а під час його роботи – генератор.
• Вмикач або замок запалювання. Це раніше механічне, а в Останніми рокамивсе частіше електричний контактний пристрій для подачі напруги.
• Накопичувач енергії. Котушка або автотрансформатор - вузол, призначений для накопичення та перетворення енергії, достатньої для виникнення потрібного розряду між електродами свічки запалювання.
• Розподільник запалювання (трамблер). Пристрій, призначений для розподілу імпульсу високої напругипо дротах, що ведуть до свічок кожного з циліндрів.

Система запалення ДВЗ

- Впускна система

Система впуску ДВЗ призначена длябезперебійний подачі в двигунатмосферного повітря,для його змішування з паливом та приготування горючої суміші. Слід зазначити, що в карбюраторних двигунах минулого впускна система складається з повітроводу та повітряного фільтра. І все. В склад впускної системисучасних автомобілів, тракторів та іншої техніки входять:

• Повітрозабірник. Є патрубком зручної для кожного конкретного двигуна форми. Через нього атмосферне повітря всмоктується всередину двигуна, за допомогою різниці в показниках тиску в атмосфері та двигуні, де при русі поршнів виникає розрідження.
• Повітряний фільтр. Це видатковий матеріал, призначений для очищення повітря, що надходить в мотор від пилу і твердих частинок, їх затримки на фільтрі.
• Дросельна заслінка. Повітряний клапан призначений для регулювання подачі потрібної кількості повітря. Механічно вона активується натисканням на педаль газу, а в сучасній техніці – за допомогою електроніки.
• Впускний колектор. Розподіл потік повітря по циліндрах мотора. Для додання повітряному потокуНеобхідного розподілу використовуються спеціальні впускні заслінки та вакуумний підсилювач.

Паливна система, або система живлення ДВС, «відповідає» за безперебійну подачу пальногодля утворення паливно-повітряної суміші До складу паливної системи входять:

• Паливний бак- ємність для зберігання бензину або дизпалива, із пристроєм для забору пального (насосом).
• Паливопроводи- комплекс трубок і шлангів, якими до двигуна надходить його «їжа».
• Пристрій сумішоутворення, тобто карбюратор або інжектор- спеціальний механізм для приготування паливно-повітряної суміші та її упорскування в ДВЗ.
• Електронний блок керування(ЕБУ) сумішоутворенням та упорскуванням - в інжекторних двигунах цей пристрій «відповідає» за синхронну і ефективну роботуза освітою та подачею горючої суміші в мотор.
• Паливний насос- Електричний пристрій для нагнітання бензину або солярки в паливопровід.
• Паливний фільтр – витратний матеріал для додаткового очищення палива в процесі його транспортування від бака до двигуна.

Схема паливної системи ДВЗ

- Система змазки

Призначення системи мастила ДВС -зменшення сили тертята її руйнівного впливу на деталі; відведеннячастини зайвого тепла; видаленняпродуктів нагару та зносу; захистметалу від корозії. Система мастила ДВС включає:

• Піддон картера- резервуар для зберігання моторної олії. Рівень олії в піддоні контролюється не лише спеціальним щупом, а й датчиком.
• Масляний насос- хитає масло з піддону і подає його до потрібних деталей двигуна через спеціальні просвердлені канали-магістралі. Під дією сили тяжіння олія стікає зі змащених деталей вниз, назад у піддон картера, накопичується там, і цикл мастила повторюється знову.
• Масляний фільтрзатримує та видаляє з моторного масла тверді частинки, що утворюються з нагару та продуктів зносу деталей. Фільтруючий елемент завжди змінюється на новий разом із кожною заміною моторного масла.
• Масляний радіаторпризначений для охолодження моторної олії, за допомогою рідини із системи охолодження двигуна.

Вихлопна система ДВСслужить для видаленнявідпрацьованих газіві зменшення шумностіроботи двигуна. У сучасній техніці вихлопна системаскладається з наступних деталей (по порядку виходу відпрацьованих газів з двигуна):

• Випускний колектор.Це система труб із жароміцного чавуну, яка приймає розжарені відпрацьовані гази, гасить їх первинний коливальний процес і відправляє далі, у приймальну трубу.
• Приймальна труба- вигнутий газовідведення з вогнестійкого металу, що в народі називається «штанами».
• Резонатор, або, кажучи народною мовою, «банку» глушника - ємність, у якій відбувається поділ вихлопних газів та зниження їхньої швидкості.
• Каталізатор- пристрій, призначений для очищення вихлопних газів та їх нейтрадизації.
• Глушник- ємність з комплексом спеціальних перегородок, призначених для багаторазової зміни напрямку руху потоку газів і, відповідно, їхньої шумності.

Вихлопна система ДВЗ

- Система охолодження

Якщо на мопедах, моторолерах і недорогих мотоциклахдо цих пір застосовується повітряна система охолодження двигуна - зустрічним потоком повітря, то для більш потужної технікиїї, зрозуміло, недостатньо. Тут працює рідинна системаохолодження, призначена для забирання зайвого теплау мотора та зниження теплових навантаженьйого деталі.

• РадіаторСистема охолодження служить для віддачі надлишкового тепла в навколишнє середовище. Він складається з великої кількості вигнутих алюмінієвих трубок з ребрами для додаткової тепловіддачі.
• Вентиляторпризначений для посилення охолодного ефекту на радіатор від зустрічного потоку повітря.
• Водяний насос(Помпа) - «ганяє» охолодну рідину по «малому» і «великому» колах, забезпечуючи її циркуляцію через двигун і радіатор.
• Термостат- спеціальний клапан, що забезпечує оптимальну температуру охолоджуючої рідини шляхом запуску її «малого кола», минаючи радіатор (при холодному двигуні) і по «великому колу», через радіатор - при прогрітому двигуні.

Злагоджена робота даних допоміжних систем забезпечує максимальну віддачу від двигуна внутрішнього згоряння та його надійність.

На закінчення необхідно відзначити, що в найближчому майбутньому не передбачається появи гідних конкурентів двигуну внутрішнього згоряння. Є всі підстави стверджувати, що у своєму сучасному, вдосконаленому вигляді він ще кілька десятиліть залишиться панівним видом мотора у всіх галузях світової економіки.

Проте світильний газ годився як для освітлення.

Честь створення комерційно успішного двигуна внутрішнього згоряння належить бельгійському механіку Жану Етьєну Ленуару. Працюючи на гальванічному заводі, Ленуар прийшов до думки, що паливоповітряну сумішв газовому двигуні можна спалахувати за допомогою електричної іскри, і вирішив побудувати двигун на основі цієї ідеї. Вирішивши проблеми, що виникли по ходу (тугий хід і перегрів поршня, що веде до заклинювання) продумавши систему охолодження і змащення двигуна, Ленуар створив працездатний двигун внутрішнього згоряння. У 1864 році було випущено понад триста таких двигунів різної потужності. Розбагатівши, Ленуар перестав працювати над подальшим удосконаленням своєї машини, і це зумовило її долю - вона була витіснена з ринку досконалішим двигуном, створеним німецьким винахідником Августом Отто і одержав патент на винахід своєї моделі газового двигуна в 1864 році.

У 1864 році німецький винахідник Августо Отто уклав договір з багатим інженером Лангеном для реалізації свого винаходу - було створено фірму «Отто та Компанія». Ні Отто, ні Ланген не володіли достатніми знаннями в галузі електротехніки та відмовилися від електричного запалення. Запалення вони здійснювали відкритим полум'ям через трубку. Циліндр двигуна Отто, на відміну двигуна Ленуара, був вертикальним. Волок, що обертається, містився над циліндром збоку. Принцип дії: вал, що обертається, піднімав поршень на 1/10 висоти циліндра, в результаті чого під поршнем утворювався розріджений простір і відбувалося всмоктування суміші повітря і газу. Потім суміш спалахнула. Під час вибуху тиск під поршнем зростало приблизно до 4 атм. Під впливом цього тиску поршень піднімався, обсяг газу збільшувався і тиск падало. Поршень спочатку під тиском газу, а потім за інерцією піднімався доти, доки під ним не створювалося розрідження. Таким чином, енергія палива, що згоріло, використовувалася в двигуні з максимальною повнотою. У цьому полягала головна оригінальна знахідка Отто. Робочий хід поршня вниз починався під дією атмосферного тиску, і після того, як тиск у циліндрі досягав атмосферного, відкривався випускний вентиль, і поршень своєю масою витісняв відпрацьовані гази. Через повніше розширення продуктів згоряння ККДцього двигуна був значно вищим, ніж ККД двигунаЛенуара і сягав 15 %, тобто перевершував ККД найкращих парових машин на той час. Крім того, двигуни Отто були майже вп'ятеро економічнішими за двигуни Ленуара, вони відразу стали користуватися великим попитом. У наступні роки їх випустили близько п'яти тисяч штук. Незважаючи на це, Отто наполегливо працював над удосконаленням їхньої конструкції. Незабаром було застосовано кривошипно-шатунну передачу. Однак найважливіше з його винаходів було зроблено в 1877 році, коли Отто отримав патент на новий двигуніз чотиритактним циклом. Цей цикл досі лежить в основі роботи більшості газових та бензинових двигунів.

Типи двигунів внутрішнього згоряння

Поршневий ДВЗ

Роторний ДВЗ

Газотурбінний ДВС

• Поршневі двигуни - камера згоряння міститься в циліндрі, де теплова енергія палива перетворюється на механічну енергію, яка з поступального рухупоршня перетворюється на обертальну за допомогою кривошипно-шатунного механізму.

ДВЗ класифікують:

а) За призначенням - поділяються на транспортні, стаціонарні та спеціальні.

б) За родом застосовуваного палива - легкі рідкі (бензин, газ), важкі рідкі ( дизельне паливо, суднові мазути).

в) За способом утворення горючої суміші - зовнішнє (карбюратор, інжектор) та внутрішнє (в циліндрі ДВЗ).

г) За способом запалення (з примусовим запалюванням, із запаленням від стиснення, калоризаторні).

д) За розташуванням циліндрів поділяють рядні, вертикальні, опозитні з одним і двома колінвалами, V-подібні з верхнім і нижнім розташуванням колінвала, VR-подібні і W-подібні, однорядні і дворядні зіркоподібні, Н-подібні, дворядні з паралельними колінвалами, "подвійне віяло", ромбоподібні, трипроменеві та деякі інші.

Бензинові

Бензинові карбюраторні

Робочий цикл чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння займає два повні обороти кривошипу, 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 керуваннямклапанами (BMW, Mazda). Є також двигуни з змінним ступенемстиснення (СААБ), що мають більшу гнучкість характеристики.

Двотактні двигуни мають безліч варіантів компонування та велику різноманітність конструктивних систем. Основний принцип будь-якого двотактного двигуна – виконання поршнем функцій елемента газорозподілу. Робочий цикл складається, строго кажучи, із 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 зарядуі вихлопних газів, тому неминучі або втрати свіжої суміші, що буквально вилітає у вихлопну трубу (якщо двигун внутрішнього згоряння - дизель, йдеться про втрату повітря), з іншого боку, робочий хід триває не половину обороту, а менше, що саме по собі 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 чинником. 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 Фербенкс - Морзе, представлена ​​в СРСР та в Росії, переважно тепловозними дизелями серій Д100. 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 продуванням 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 види кривошипно-камерної контурної віконно-віконної продувки - петльова, поворотно-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.

Додаткові агрегати, потрібні для ДВЗ

Недоліком двигуна внутрішнього згоряння є те, що він розвиває найвищу потужність лише у вузькому діапазоні обертів. Тому невід'ємним атрибутом двигуна внутрішнього згоряння є трансмісія. Лише окремих випадках (наприклад, у літаках) можна обійтися без складної трансмісії. Поступово завойовує світ ідея гібридного автомобіля, 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 запалення (для запалення паливо-повітряної суміші, застосовується у двигунів з примусовим займанням).

Див. також

• Філіп Лебон - французький інженер, який отримав в 1801 патент на двигун внутрішнього згоряння зі стисненням суміші газу і повітря.
• Роторний двигун: конструкції та класифікація
• Роторно-поршневий двигун (двигун Ванкеля)

Примітки

Посилання

• Бен Найт «Збільшуємо пробіг» //Стаття про технології, які зменшують витрату палива автомобільним ДВС

Якщо ви потребуєте будь-яких автозапчастини для свого автомобіля, то наш інтернет-сервіс буде радий запропонувати вам їх за самим низькими цінами. Все, що вам потрібно, це зайти в меню "" і заповнити форму, або ввести назву запчастини у верхньому правому вікні даної сторінки, після цього на вас вийдуть наші менеджери і запропонують кращі ціни, яких ви ще виглядом не бачили і не чували! Тепер головне.

Отже, всі ми знаємо, що найважливішою частиною машини є маестро двигун. Основною метою роботи двигуна є перетворення бензину на рушійну силу. В даний час, найпростішим способом змусити автомобіль рухатися є спалювання бензину всередині двигуна. Саме тому двигун автомобіля називається двигуном внутрішнього згоряння.

Дві речі, які слід запам'ятати:

Існують різні двигунивнутрішнього згоряння. Наприклад, дизельний двигун відрізняється від бензинового. Кожен з них має свої переваги та недоліки.

Існує така річ, як двигун зовнішнього згоряння. Найкращим прикладом такого двигуна є паровий двигунпароплав. Паливо (вугілля, дерево, масло) згоряє поза двигуном, утворюючи пару, яка і є рушійною силою. Двигун внутрішнього згоряння є набагато ефективнішим (потрібно менше паливана кілометр шляху). До того ж він набагато менший за еквівалентний двигун зовнішнього згоряння. Це пояснює той факт, чому ми не бачимо на вулицях автомобілі з паровими двигунами.

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

Зараз майже всі автомобілі використовують так званий чотиритактний цикл згоряння для перетворення бензину на рушійну силу чотирьох колісного друга. Чотирьохтактний підхід також відомий як цикл Отто, на честь Ніколауса Отто, який винайшов його у 1867 році. До чотирьох тактів відносяться:

1. Такт впуску.
2. Такт стиснення.
3. Такт горіння.
4. Такт виведення продуктів згоряння.

Пристрій під назвою поршень, що виконує одну з основних функцій двигуна, своєрідно замінює картопляний снаряд в картопляній гарматі. Поршень з'єднаний з колінчастим валомшатуном. Як тільки колінчастий вал починає обертання, відбувається ефект «розряду гармати». Ось що відбувається, коли двигун проходить один цикл:

Ø 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.

Ø Потім поршень рухається назад і стискає суміш повітря та бензину. Стиснення робить вибух потужнішим.

Ø Коли поршень досягає верхньої точки, свічка випромінює іскри, щоб запалити бензин. У циліндрі відбувається вибух бензинового заряду, що змушує поршень опуститися вниз.

Ø 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 всі частини двигуна, робота яких взаємопов'язана. Почнемо із циліндрів.

Основні складові двигуна завдяки яким він працює

Основа двигуна - це циліндр, в якому вгору-вниз рухається поршень. Двигун, описаний вище, має циліндр. Це характерно для більшості газонокосарок, але більшість автомобілів має більш ніж один циліндр (як правило, чотири, шість та вісім). У багатоциліндрових моторах циліндри зазвичай розміщуються трьома способами: один ряд, V-подібним способом і плоским способом (також відомий як горизонтально-опозитний).

Різні зміни мають різні переваги та недоліки з погляду гладкості, виробничих витрат та характеристик форми. Ці переваги та недоліки роблять їх більш менш підходящими до різним видамтранспортних засобів.

Давайте детальніше розглянемо деякі ключові деталі двигуна.

Свічки запалювання

Свічки запалювання забезпечують іскру, яка спалахує повітряно-паливну суміш. Іскра повинна виникнути в правильний моментдля безвідмовної роботидвигуна.

Клапани

Впускні та випускні клапани відкриваються у певний момент для того, щоб впустити повітря та паливо та випустити продукти згоряння. Слід звернути увагу, що обидва клапани закриті в момент стиснення і згоряння, 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. Кільця мають два призначення:

• Під час тактів стиснення та згоряння вони запобігають витоку повітряно-паливної суміші та вихлопних газів з камери згоряння.
• Вони не дозволяють маслу потрапити до зони згоряння, де воно буде знищено.

Якщо ваш автомобіль починає «під'їдати масло» і вам доводиться підливати його кожні 1000 кілометрів, значить двигун автомобіля досить старий і поршневі кільцяу ньому сильно зношені. Як наслідок, вони не можуть забезпечувати герметичність на належному рівні. А це означає, вам потрібно спантеличитися питанням, бо купівля нового двигуна ретельна і відповідальна справа.

Шатун

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

Колінчастий вал

Круговими рухами колінчастий вал змушує поршень рухатися вгору-вниз.

Маслозбірник

Маслозбірник оточує колінчастий вал. Він містить деяку кількість олії, яка збирається в нижній частині (в масляному піддоні).

Основні причини неполадок і перебоїв у машині та двигуні

Одним прекрасним ранком ви можете сісти у свій автомобіль і усвідомити, що ранок не такий вже й чудовий… Автомобіль не заводиться, мотор не працює. Що може спричинити це. Тепер, коли ми розібралися в роботі двигуна, ви можете зрозуміти, що може спричинити його поломку. Існує три основні причини: погана паливна суміш, відсутність стиснення або відсутність іскри. Крім того, тисячі дрібниць можуть стати причиною його несправності, але ці три утворюють. велику трійку». Ми розглянемо, як ці чинники впливають працювати мотора з прикладу дуже простого двигуна, який ми вже обговорювали раніше.

Погана паливна суміш

Ця проблема може виникнути у таких випадках:

· У вас закінчився бензин і в автодвигун надходить тільки повітря, чого мало для згоряння.

· Можуть бути забиті повітрозабірники, і в двигун просто не надходить повітря, яке вкрай необхідне для такту згоряння.

· Паливна система може постачати занадто мало або занадто багато палива в суміш, а це означає, що горіння не відбувається належним чином.

· У паливі можуть бути домішки (наприклад, вода в бензобаку), які перешкоджають горінню палива.

Відсутність стиску

Якщо паливна суміш не може бути стиснута належним чином, то і не буде належного процесу згоряння, що забезпечує роботу машини. Відсутність стиснення може виникнути за наступних причин:

· Поршневі кільця двигуна зношені, тому повітряно-паливна суміш просочується між стінкою циліндра та поверхнею поршня.

· Один із клапанів нещільно закривається, що, знову-таки, дозволяє суміші витікати.

· У циліндрі є отвір.

Найчастіше «дірки» в циліндрі з'являються там, де верхівка циліндра приєднується до самого циліндра. Як правило, між циліндром та головкою циліндра є тонка прокладка, яка забезпечує герметичність конструкції. Якщо прокладка ламається, між головкою циліндра і самим циліндром утворюються отвори, які також стають причиною витоку.

Відсутність іскри

Іскра може бути слабкою або взагалі відсутня з кількох причин:

• Якщо свічка запалення або дріт, що йде до неї, зношені, то іскра буде досить слабкою.
• Якщо провід перерізаний або відсутній взагалі, якщо система, що посилає іскри вниз по дроту, не працює належним чином, то іскри не буде.
• Якщо іскра приходить в цикл занадто рано, або занадто пізно, паливо не зможе спалахнути в потрібний момент, що відповідно впливає на стабільну роботудвигуна.

Можливі й інші проблеми із двигуном. Наприклад:

• Якщо розряджений, двигун не зможе зробити жодного обороту, відповідно ви не зможете завести автомобіль.
• Якщо підшипники, які дозволяють вільно обертатися колінчастому валу, зношені, колінчастий вал не зможе провернутися і запустити двигун.
• Якщо клапани не будуть закриватися або відкриватися в необхідний момент циклу, робота двигуна буде неможлива.
• Якщо в автомобілі закінчилося масло, поршні не зможуть вільно рухатися в циліндрі, і двигун зупиниться.

У правильно працюючому двигуні вищеописані проблеми не можуть. Якщо ж вони з'явилися, чекайте на лиха.

Як бачите, в моторі автомобіля є ряд систем, які допомагають йому виконувати головне завдання - перетворювати паливо на рушійну силу.

Клапанний механізм двигуна та система запалювання

Більшість підсистем автомобільного мотораможуть бути впроваджені засобами різних технологій, і досконаліші технології можуть поліпшити ефективність роботи двигуна. Давайте розглянемо ці підсистеми, що використовуються у сучасних автомобілях. Почнемо з клапанного механізму. Він складається з клапанів та механізмів, які відкривають та закривають прохід паливним відходам. Система відкриття та закриття клапанів називається валом. На розподільчому валу є виступи, які переміщують клапани вгору і вниз.

Більшість сучасних двигунів мають так звані накладні кулачки. Це означає, що вал розташований над клапанами. Кулачки валу впливають на клапани безпосередньо або через дуже короткі зв'язувальні ланки. Ця система налаштована так, що клапани знаходяться у синхронізації з поршнями. Багато високоефективних двигунів мають по чотири клапани на один циліндр - два на вхід повітря і два на вихід продуктів згоряння, і такі механізми вимагають два розподільні вали на один блок циліндрів.

Система запалювання виробляє високовольтний заряд та передає його на свічки запалення за допомогою дротів. Спочатку заряд надходить у розподільник, який ви можете легко знайти під капотом більшості легкових автомобілів. У центр розподільника підключено один провід, та якщо з нього виходить чотири, шість чи вісім інших проводів (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.

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 системоюавтомобіля. Це робить двигуни легшим, але охолодження при цьому менш ефективне. Як правило, двигуни з таким видом охолодження мають менший термін служби і меншу продуктивність.

Тепер ви знаєте, як і чому двигун вашої машини охолоджується. Але чому ж тоді така важлива циркуляція повітря? Існують автомобільні двигуниз наддувом - це означає, що повітря проходить через повітряні фільтри та потрапляє безпосередньо в циліндри. Для збільшення продуктивності деякі двигуни оснащені турбонаддувом, а це означає, що повітря, яке надходить у двигун, вже знаходиться під тиском, отже, в циліндр може бути втиснуте більше повітряно-паливної суміші.

Підвищення продуктивності автомобіля – це круто, але що ж відбувається насправді, коли ви провертаєте ключ у замку запалювання та запускаєте автомобіль? Система запалення складається з електромотора, або стартера, та соленоїда. Коли ви провертаєте ключ у замку запалювання, стартер обертає двигун на кілька обертів для того, щоб почався процес згоряння палива. Потрібно дійсно потужний мотор, щоб запустити холодний двигун. Так як запуск двигуна вимагає багато енергії, сотні ампер повинні надійти у стартер для його запуску. Соленоїд є тим перемикачем, який може впоратися з таким потужним потоком електрики, і коли ви провертаєте ключ запалювання, активується саме соленоїд, який, у свою чергу, запускає стартер.

Мастильні рідини двигуна, паливна, вихлопна та електричні системи

Коли справа доходить до щоденного використання автомобіля, перше, про що ви дбаєте, це наявність бензину в бензобаку. Як цей бензин приводить у дію циліндри? Паливна системадвигуна викачує бензин із бензобака і змішує його з повітрям таким чином, щоб у циліндр надійшла правильна повітряно-бензинова суміш. Паливо подається трьома поширеними способами: сумішоутворенням, упорскуванням через паливний порт і прямим упорскуванням.

При сумішоутворенні прилад під назвою карбюратор додає бензин у повітря, як тільки повітря потрапляє в двигун.

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

Олія також відіграє важливу роль у двигуні. Мастильна системагарантує, що в кожну з частин двигуна, що рухаються, надходить масло для плавної роботи. Поршні та підшипники (які дозволяють вільно обертатися колінчастому та розподільчому валу) – основні частини, які мають підвищену потребу олії. У більшості автомобілів масло засмоктується через масляний насос і маслозбірник, проходить через фільтр, щоб очиститися від піску, потім, під високим тиском впорскується в підшипники і на стінки циліндра. Далі олія стікає в маслозбірник, і цикл повторюється знову.

Тепер ви знаєте трохи більше про ті речі, які надходять у двигун вашого автомобіля. Але давайте поговоримо і про те, що виходить з нього. Вихлопна система.Вона вкрай проста і складається з вихлопної труби та глушника. Якби не було глушника, ви чули б звук усіх тих міні-вибухів, які відбуваються в двигуні. Глушник гасить звук, а вихлопна труба виводить продукти згоряння з автомобіля.

Тепер поговоримо про електричної системиавтомобіля, що теж приводить його в дію. Електрична система складається з акумулятора та генератора змінного струму. Генератор змінного струму підключений проводами до двигуна та виробляє електроенергію, необхідну для заряджання акумулятора. У свою чергу, акумулятор надає електроенергію всім системам автомобіля, які її потребують.

Тепер ви знаєте все про головні підсистеми двигуна. Давайте розглянемо, як ви можете збільшити потужність двигуна свого автомобіля.

Як збільшити продуктивність двигуна та покращити його роботу?

Використовуючи всю вищенаведену інформацію, ви, мабуть, звернули увагу на те, що є можливість змусити двигун працювати краще. Виробники автомобілів постійно грають з цими системами з однією метою: зробити двигун більш потужним і скоротити витрату палива.

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 самих циліндрів або їх кількості. Нині 12 циліндрів – це межа.

Збільшення ступеня стиснення.До певного моменту, вищий ступінь стиснення виробляє більше енергії. Однак, чим більше ви стискаєте повітряно-паливну суміш, тим вища ймовірність того, що вона спалахне раніше, ніж свічка запалювання дасть іскру. Чим вище октанове числобензину, тим менша ймовірність передчасного займання. Саме тому високопродуктивні автомобілі потрібно заправляти високооктановим бензином, тому що двигуни таких машин використовують дуже високий коефіцієнт стиску для отримання більшої потужності.

Більше заповнення циліндра.Якщо в циліндр певного розміру можна втиснути більше повітря (і, отже, палива), ви зможете отримати більше енергії від кожного циліндра. Турбонаддуви та наддуви нагнітають тиск повітря та ефективно вштовхують його в циліндр.

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

Зменшити вагу деталей.Чим легша частина двигуна, тим краще він працює. Щоразу, коли поршень змінює напрямок, він витрачає енергію на зупинку. Чим легше поршень, тим менше енергії він споживає.

Упорскування палива.Система упорскування палива дозволяє дуже точне дозування палива, яке надходить у кожен циліндр. Це підвищує продуктивність двигуна та суттєво економить паливо.

Тепер ви знаєте практично все про те, як працює двигун автомобіля, а також причини основних неполадок та перебоїв у машині. Нагадуємо, що якщо після прочитання цієї статті ви відчули, що ваша машина вимагає оновлення будь-яких автодеталей, то рекомендуємо замовити та купити їх через наш інтернет-сервіс заповнивши форму запиту в меню " ", або заповнивши назву запчастини у верхньому правому вікні даної сторінки. Сподіваємось, що наша стаття про те, як працює двигун автомобіля? А також основні причини неполадок та перебоїв у машині допоможе вам здійснити правильну покупку.

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 таким, що забезпечує високий ступіньстиснення 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 технічні характеристикидвигуна, що виражається в літрах, тому в побуті називається літражем двигуна. Другий найважливішою характеристикою будь-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 ДВС.
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 його роботі спостерігається нерівномірність: різке прискоренняходу поршня при вибуховому згоранні суміші та уповільнення його у міру наближення 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, наводиться в рух 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 мертвоїточки). 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 мертвою точкоюназивається 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 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 або 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 кришкавстановлюється 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 ГРМ приводиться в дію помпа водяної системи охолодження, проміжний вал для системи запалення та привід високого насоса. 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 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 зовсім 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 кільцясприяють 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 обертовий («плаваючий») поршневий палець, 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 групукривошипно-шатунного механізму Сучасні двигуниможуть мати до 16 і більше циліндрів.