admin / 22.11.2019

Все части двигателя автомобиля

Содержание

Как работает двигатель автомобиля – «сердечные» дела вашей машины

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля, необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится поршень с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение коленчатого вала.

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

Много моделей используют конструкцию V-образного двигателя. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Во многих конструкциях количество цилиндров составляет от 6 до 12 и более. Это позволяет значительно сократить линейный размер двигателя и уменьшить его длину.

Таким образом, разнообразие двигателей позволяет успешно их использовать в автомобилях самого разного назначения. Это могут быть стандартные легковые и грузовые машины, а также спортивные авто и внедорожники. В зависимости от типа двигателя вытекают и определенные технические характеристики всей машины.

У каждого из нас есть определенный автомобиль, однако лишь некоторые водители задумываются о том, как устроен двигатель автомобиля. Нужно понимать также, что полностью знать устройство двигателя автомобиля необходимо лишь специалистам, работающим на СТО. К примеру, у многих из нас есть различные электронные устройства, но это вовсе не означает, что мы должны понимать, как они устроены. Мы просто пользуемся ими по прямому назначению. Однако с машиной ситуация немного другая.

Все мы понимаем, что появление неполадок в двигателе автомобиля напрямую влияет на наше здоровье и жизнь. От правильной работы силового агрегата нередко зависит качество езды, а также безопасность людей, которые находятся в автомобиле. По этой причине, рекомендуем уделить внимание изучению данной статьи о том, как работает двигатель автомобиля и из чего он состоит.

История разработки автомобильного двигателя

В переводе с оригинального латинского языка двигатель или мотор означает «приводящий в движение». Сегодня двигателем называют определенное устройство, предназначенное для преобразования одного из видов энергии в механическую. Самыми популярными сегодня считаются двигатели внутреннего сгорания, типы которых бывают разными. Первый такой мотор появился в 1801 году, когда Филипп Лебон из Франции запатентовал мотор, который функционировал на светильном газе. После этого свои разработки представили Август Отто и Жан Этьен Ленуар. Известно, что Август Отто первым запатентовал 4-тактный двигатель. До нашего времени строение двигателя практически не изменилось.

В 1872 году состоялся дебют американского двигателя, который работал на керосине. Однако данную попытку трудно было назвать удачной, поскольку керосин не мог нормально взрываться в цилиндрах. Уже через 10 лет Готлиб Даймлер презентовал свой вариант двигателя, который работал на бензине, причем работал довольно неплохо.

Рассмотрим современные типы двигателей автомобиля и разберемся, к какому из них принадлежит ваша машина.

Типы автомобильных двигателей

Поскольку наиболее распространенным в наше время считают двигатель внутреннего сгорания, рассмотрим типы двигателей, которыми оснащаются сегодня почти все машины. ДВС – это далеко не наилучший тип двигателя, однако именно его используют во многих транспортных средствах.

Классификация двигателей автомобиля:

  • Дизельные двигатели. Подача дизельного топлива осуществляется в цилиндры посредством специальных форсунок. Такие моторы не нуждаются в электрической энергии для работы. Она им нужна лишь для запуска силового агрегата.
  • Бензиновые двигатели. Они бывают карбюраторными и инжекторными. Сегодня используется несколько типов систем впрыска и карбюраторов. Работают такие моторы на бензине.
  • Газовые двигатели. В таких двигателях может использоваться сжатый или сжиженный газ. Такие газы получают с помощью преобразования дерева, угля либо торфа в газообразное топливо.

Работа и конструкция двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы двигателя автомобиля – это вопрос, интересующий практически каждого автовладельца. В ходе первого ознакомления со строением двигателя все выглядит очень сложным. Однако в реальности, с помощью тщательного изучения, устройство двигателя становится вполне понятным. В случае необходимости знания о принципе работы двигателя можно использовать в жизни.

1. Блок цилиндров представляет собой своеобразный корпус мотора. Внутри него расположена система каналов, которая используется для охлаждения и смазки силового агрегата. Он используется в качестве основы для дополнительного оборудования, к примеру, картера и головки блока цилиндров.

2. Поршень, являющийся пустотелым стаканом из металла. На его верхней части расположены «канавки» для поршневых колец.

3. Поршневые кольца. Кольца, расположенные внизу, называются маслосъемными, а верхние – компрессионные. Верхние кольца обеспечивают высокий уровень сжатия или компрессию смеси топлива и воздуха. Кольца используются для обеспечения герметичности камеры сгорания, а также в качестве уплотнителей, предотвращающих попадание масла в камеру сгорания.

4. Кривошипно-шатунный механизм. Отвечает за передачу возвратно-поступательной энергии поршневого движения на коленчатый вал двигателя.

Многие автолюбители не знают, что на самом деле принцип работы ДВС является достаточно несложным. Сначала топливо попадает из форсунок в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом. Затем свеча зажигания выдает искру, которая вызывает воспламенение топливно-воздушной смеси, из-за чего она взрывается. Газы, которые формируются в результате этого, двигают поршень вниз, в процессе чего он передает соответствующее движение коленчатому валу. Коленвал начинает вращать трансмиссию. После этого набор специальных шестерён осуществляет передачу движения на колеса передней или задней оси (в зависимости от привода, может и на все четыре).

Именно так работает двигатель автомобиля. Теперь вас не смогут обмануть недобросовестные специалисты, которые возьмутся за ремонт силового агрегата вашей машины.

P.S. Советуем обратить внимание на статью о том, как выполнять мойку двигателя своими руками – .

Двигатель. Классификация, механизмы и системы ДВС

На современных тракторах и автомобилях в основном применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Внутри этих двигателей сгорает горючая смесь (смесь топлива с воздухом в определенных соотношениях и количествах). Часть выделяющейся при этом теплоты преобразуется в механическую работу.

Классификация двигателей

Поршневые двигатели классифицируют по следующим признакам:

  • по способу воспламенения горючей смеси — от сжатия (дизели) и от электрической искры
  • по способу смесеобразования — с внешним (карбюраторные и газовые) и внутренним (дизели) смесеобразованием
  • по способу осуществления рабочего цикла — четырех- и двухтактные;
  • по виду применяемого топлива — работающие на жидком (бензин или дизельное топливо), газообразном (сжатый или сжиженный газ) топливе и мно­готопливные
  • по числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шестицилиндровые и т.д.)
  • по расположению цилиндров — однорядные, или линейные (цилиндры расположены в один ряд), и двухрядные, или V-образные (один ряд цилиндров размещен под углом к другому)

На тракторах и автомобилях большой грузоподъемности применяют четырехтактные многоцилиндровые дизели, на автомобилях легковых, малой и средней грузоподъемности — четырехтактные многоцилиндровые карбюра­торные и дизельные двигатели, а также двигатели, работающие на сжатом и сжиженном газе.

Основные механизмы и системы двигателя

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из:

  • корпусных деталей
  • кривошипно-шатунного механизма
  • газораспределительного механизма
  • системы питания
  • системы охлаждения
  • смазочной системы
  • системы зажигания и пуска
  • регулятора частоты вращения

Устройство четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя показано на рисунке:

Рисунок. Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюра­торного двигателя:
1 — шестерни приводи распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толкатель; 4 — пружина; 5 — выпускная труба; 6 — впускная труба; 7 — карбюратор; 8 — выпускной кла­пан; 9 — провод к свече; 10 — искровая зажигательная свеча; 11 — впускной клапан; 12 — го­ловка цилиндра; 13 — цилиндр: 14 — водяная рубашка; 15 — поршень; 16 — поршневой палец; 17 — шатун; 18 — маховик; 19 — коленчатый вал; 20 — резервуар для масла (поддон картера).

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение ко­ленчатого вала и наоборот.

Механизм газораспределения (ГРМ) предназначен для своевременного соединения надпоршневого объема с системой впуска свежего заряда и вы­пуска из цилиндра продуктов сгорания (отработавших газов) в определенные промежутки времени.

Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (в карбюраторном и газовом двигателях) или наполнения ци­линдра воздухом и подачи в него топлива под высоким давлением (в дизеле). Кроме того, эта система отводит наружу выхлопные газы.

Система охлаждения необходима для поддержания оптимального теп­лового режима двигателя. Вещество, отводящее от деталей двигателя избы­ток теплоты, — теплоноситель может быть жидкостью или воздухом.

Смазочная система предназначена для подвода смазочного материала (моторного масла) к поверхностям трения с целью их разделения, охлажде­ния, защиты от коррозии и вымывания продуктов изнашивания.

Система зажигания служит для своевременного зажигания рабочей смеси электрической искрой в цилиндрах карбюраторного и газового двига­телей.

Система пуска — это комплекс взаимодействующих механизмов и сис­тем, обеспечивающих устойчивое начало протекания рабочего цикла в ци­линдрах двигателя.

Регулятор частоты вращения — это автоматически действующий меха­низм, предназначенный для изменения подачи топлива или горючей смеси в зависимости от нагрузки двигателя.

У дизеля в отличие от карбюраторного и газового двигателей нет сис­темы зажигания и в системе питания вместо карбюратора или смесителя ус­тановлена топливная аппаратура (топливный насос высокого давления, топ­ливопроводы высокого давления и форсунки).

Называть двигатель сердцем автомобиля – сравнение банальное, но точное. Можно сколько угодно перебирать подвеску, настраивать рулевое управление или совершенствовать тормоза – если мотор не в порядке, всё это превращается в пустую трату времени.

Сегодня на дорогах можно встретить автомобили разных поколений: и со старенькими карбюраторными ДВС, и с мощными дизельными моторами, управляемыми электроникой, и даже новейшие водородные двигатели, которые еще только начинают совершенствоваться. И во всём этом разнообразии довольно сложно сориентироваться, если не знать основ и принципов работы двигателя внутреннего сгорания.

Что такое ДВС и для чего он нужен?

Устройство двигателя

Чтобы транспорт ехал, что-то должно приводить его в движение. В разные времена это были запряженные животные, затем на смену пришли паровые и электродвигатели (да, прародители современных автомобилей появились даже раньше, чем традиционные ДВС), затем моторы, работающие на горючем топливе.

Современный двигатель внутреннего сгорания – это механизм, преобразующий энергию вспышки топлива (тепла) в механическую работу. Несмотря на достаточно громоздкую конструкцию, на сегодняшний день ДВС остается самым удобным источником энергии.

Электротранспорт, конечно, всё больше входит в обиход, но время его «заправки» сводит на нет все преимущества – канистру с электричеством в багажник не положишь.

Свое применение ДВС нашел во многих сферах: по одинаковому принципу работают автомобили, мотоциклы и скутеры, сельскохозяйственная и строительная техника, водный транспорт, двигатели самолетов, военная техника, газонокосилки… То есть, практически всё, что ездит или летает.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Несмотря на разнообразие типов и конструкций ДВС, принцип его устройства остается практически неизменным на любой технике. Конечно, отдельные элементы конструкции могут сильно отличаться на разных двигателях, но основные узлы и компоненты очень похожи между собой.

Итак, двигатель внутреннего сгорания состоит из таких конструктивных узлов.

  1. Блок цилиндров (БЦ) – «оболочка» ЦПГ и всего двигателя в целом, в том числе с рубашкой системы охлаждения.

    Блок цилиндров

  2. Кривошипно-шатунный механизм, он же КШМ – узел, в котором происходит преобразование прямолинейного движения поршня во вращательное. Состоит из коленвала, поршней, шатунов, маховика, а также подшипников скольжения (вкладышей), на которые опирается коленвал и крепления шатунов.

    Кривошипно-шатунный механизм: 1 — цилиндр; 2 — маховик; 3 — шатунный подшипник; 4 — коленчатый вал; 5 — колено; 6 — коренной подшипник; 7 — шатун.

  3. Газораспределительный механизм (ГРМ) – это система подачи в цилиндры топливно-воздушной смеси и отвода выхлопных газов. Состоит из распредвалов, клапанов с коромыслами или штангами, ремня ГРМ, благодаря которому вся система работает синхронно с оборотами коленвала.

    Газораспределительный механизм

  4. Система питания – это узел, в котором происходит подготовка топливно-воздушной смеси, которая затем подается в камеры сгорания. В зависимости от конструкции система подачи топлива может быть карбюраторной (одна форсунка на двигатель), инжекторной (форсунки установлены перед впускным клапаном каждого цилиндра), с непосредственным впрыском (форсунка установлена внутри камеры сгорания). Включает в себя топливный бак с фильтром и насосом, карбюратор (опционально), впускной коллектор, форсунки, ТНВД (в дизельных двигателях), воздухозаборника с воздушным фильтром.

    Система питания

  5. Система смазки двигателя – обеспечивает подачу смазки в каждый из узлов трения, а также на участки, требующие дополнительного охлаждения (например, на нижнюю часть поршней). Состоит из масляного насоса, подключенного к коленвалу, системы трубок и каналов, выходящих на пары трения, масляного фильтра, масляного поддона. В зависимости от конструкции различаются двигатели с «сухим» и «мокрым» картером. У первых емкость для сбора моторного масла расположена отдельно, во вторых – непосредственно под двигателем.

    Система смазки двигателя: 1 – масляный насос; 2 – пробка сливного отверстия картера; 3 – маслоприемник; 4 – редукционный клапан; 5 – отверстие для смазывания распределительных шестерен; 6 – датчик сигнальной лампы аварийного давления масла; 7 – датчик указателя давления масла; 8 – кран масляного радиатора; 9 – масляный радиатор; 10 – масляный фильтр.

  6. Система зажигания – нужна для поджига топливной смеси в камере сгорания. Применяется только на бензиновых двигателях, поскольку дизтопливо воспламеняется само от сжатия. Включает в себя свечи зажигания, высоковольтные провода, катушки зажигания, а также распределитель (трамблер) на двигателях старого типа. В современных моторах система зажигания обходится без трамблера и даже без проводов: используется конструкция «катушка на свече».

    Система зажигания двигателя: 1 – генератор; 2 – выключатель зажигания; 3 – распределитель зажигания; 4 – кулачок прерывателя; 5 – свечи зажигания; 6 – катушка зажигания; 7 – аккумуляторная батарея.

  7. Система охлаждения – заботится о поддержании заданной рабочей температуры двигателя. Жидкостная система охлаждения состоит из теплоносителя (охлаждающей жидкости, антифриза), рубашки охлаждения (сеть камер и каналов внутри блока цилиндров), теплообменника (радиатор охлаждения), водяного насоса и термостата.

    Система охлаждения

  8. Электросистема – это источники энергии, необходимой для старта двигателя и поддержания его работы. К электросистеме относится аккумуляторная батарея, генератор, стартер, проводка и датчики работы двигателя.
  9. Выхлопная система – отводит продукты сгорания из двигателя, выполняет функцию доочистки выхлопных газов, регулирует звук работы мотора. Состоит из выпускного коллектора, катализатора и сажевого фильтра (опционально), резонатора, глушителя.

Выхлопная система

Каждая их этих частей постепенно развивается и совершенствуется в зависимости от запросов времени. Стремление к росту мощности сменилось поиском самых надежных и долговечных решений, затем на первое место вышла экономия топлива, а сегодня – забота о природе.

Принцип работы двигателя

Во всех ДВС, какой бы конструкции они ни были, используется один и тот же принцип работы. Это преобразование энергии теплового расширения при сгорании топлива сначала в прямолинейное, а затем во вращательное движение.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Такты четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации. Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта). Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

  1. На такте впуска поршень в цилиндре движется вниз, от клапанов к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он начинает опускаться, открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или только воздух, если двигатель с непосредственным впрыском). При движении поршень сам «накачивает» нужный объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, или воздух поступает под напором, если установлен турбонаддув.
  2. Дойдя до нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. При этом впускной клапан закрывается, и при движении поршень сжимает воздух с распыленным в нём топливом до критического давления.
  3. Как только поршень условно доходит до верхней мертвой точки и компрессия становится максимальной, срабатывает свеча зажигания и топливо вспыхивает (дизтопливо зажигается при сжатии само, без искры). Микровзрыв от вспышки толкает поршень снова вниз, к НМТ.
  4. И на четвертом такте открывается выпускной клапан. Поршень снова движется вверх, выдавливая из камеры сгорания выхлопные газы в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного двигателя

По сути, полезной работы в двигателе только один такт из четырех, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, толкающее поршень. Остальные три такта нужны как вспомогательные, которые не дают импульса к движению, но на них расходуется энергия.

При таких условиях двигатель мог бы остановиться, когда кривошипно-шатунный механизм (КШМ) приходит к энергетическому равновесию. Но чтобы этого не произошло, используется большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленвале, уравновешивающие нагрузки от работы поршней.

Принцип работы двухтактного двигателя

Такты двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели используются не слишком широко. В основном это моторы скутеров и мопедов, легких моторных лодок, газонокосилок. Весь рабочий процесс такого двигателя можно разделить на два основных этапа:

  1. В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней) в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь. Поднимаясь, поршень сжимает ее до критической компрессии, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит поджиг.
  2. Сгорая, топливо толкает поршень вниз, при этом одновременно открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания выходят из цилиндра. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), повторяется первый такт – впуск и сжатие одновременно.

Работа двухтактного двигателя

Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективней четырехтактного, ведь здесь на полезное действие приходится половина работы. Но в реальности мощность двухтактного двигателя намного ниже, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном механизме газораспределения.

При сгорании топлива часть энергии уходит в выпускной коллектор, не выполняя никакой работы кроме нагрева. В итоге, двухтактные двигатели применяются только в маломощном транспорте и требуют особых моторных масел.

Поскольку ДВС растут и совершенствуются уже более 100 лет, набралось довольно много их разновидностей. Классифицируют двигатели по разным признакам и свойствам.

По рабочему циклу

Это уже известное нам деление двигателей на двухтактные и четырехтактные.

  1. Двухтактные – один полный рабочий цикл состоит из двух этапов, при этом коленвал совершает один оборот;
  2. Четырехтактные – за один полный рабочий цикл проходит четыре этапа, а коленвал делает два оборота.

По типу конструкции

Есть два основных типа ДВС: поршневой и роторный.

  1. Поршневой – это тот самый привычный нам двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом, который стоит практически в любом транспорте;
  2. Роторно-поршневой, он же двигатель Ванкеля – особый вид ДВС, в котором вместо поршня используется трехгранный ротор, а камера сгорания имеет овальную форму. Двигатель Ванкеля использовался в некоторых моделях автомобилей, но сложность производства и обслуживания заставила инженеров отказаться от применения этой конструкции.

Работа роторного двигателя

По количеству цилиндров

В ЦПГ двигателя может устанавливаться от 1 до 16 цилиндров, для легковых автомобилей это обычно 3-8. Как правило, конструкторы предпочитают четное количество цилиндров, чтобы уравновесить циклы их работы. Самое известное исключение из правил – двигатель Ecoboost, разработанный концерном Ford, во многих моделях которого ставится как раз три цилиндра.

По расположению цилиндров

Компоновка ЦПГ не всегда рядная (хоть рядный двигатель – самый простой в ремонте и обслуживании). В зависимости от фантазии инженеров, двигатели делятся на несколько типов компоновки:

  1. Рядные – все цилиндры выстроены в один ряд и на один коленвал.

    Работа рядного двигателя

  2. V-образные – два ряда цилиндров, установленные под углом от 45 до 90 градусов на один коленвал.

    Работа V-образного двигателя

  3. VR-образные – два ряда цилиндров с маленьким углом развала, 10-20 градусов, установленные на один коленвал.

    Работа VR-образного двигателя

  4. W-образные – представляют собой блок из 3 или 4 рядов цилиндров, установленных на один коленвал.

    Работа W-образного двигателя

  5. U-образные – два параллельных ряда цилиндров, установленные на два коленвала, объединенных в один силовой блок.

    Работа U-образного двигателя

  6. Оппозитные – с двумя рядами цилиндров, установленными горизонтально под 180 градусов друг к другу на один коленвал.

    Работа оппозитного двигателя

  7. Встречные – особая конструкция двигателя, в котором на каждый цилиндр приходится два поршня, движущихся во встречных направлениях. По сути, это одна цилиндро-поршневая группа, установленная на два коленвала.

    Работа встречного двигателя

  8. Радиальные – с круговым размещением ЦПГ, установленной на коленвал, расположенный в центре.

Работа радиального двигателя

В легковых автомобилях используются рядные, V-, VR-, W- и U-образные двигатели, а в некоторых моделях и оппозитные. А вот радиальные применяются в авиационной технике.

По типу топлива

Классика жанра здесь – бензиновые и дизельные двигатели. Набирают популярность газовые, постепенно совершенствуются гибридные и водородные.

  1. Бензиновые двигатели требуют поджига топливно-воздушной смеси. Для этого используются свечи и катушки зажигания, работающие синхронно с движением коленвала. Особенность бензиновых двигателей – способность развивать большую скорость;
  2. Дизельные двигатели работают по принципу самовоспламенения топливно-воздушной смеси. В них нет свечей зажигания, зато есть система прямого впрыска, требующая подачи топлива под большим давлением. Для запуска двигателя используются свечи накаливания, которые предварительно подогревают воздух и отключаются после прогрева камеры сгорания. Дизельные двигатели способны развивать большую мощность, но не скорость, поэтому используются в тяжелой технике;
  3. Газовые установки популярны за счет низкой стоимости сжиженного газа (по сравнению с бензином). Газовые двигатели работают при более высоких температурах, чем бензиновые или дизельные, что, в свою очередь, требует качественной работы системы охлаждения и особого моторного масла;
  4. Гибридные – это комбинация ДВС и электромотора. В стандартном режиме вождения задействован только электрический мотор, а ДВС задействуется при необходимости повысить нагрузку или подзарядить аккумуляторы;
  5. Водородные двигатели до недавнего времени были довольно опасны: кислород и водород, выработанные из воды путем электролиза, сгорали нестабильно и с риском детонации. Сравнительно недавно был найден другой способ использования водородно-кислородного соединения: водород заправляется в баки (причем заправка длится около 3 минут), кислород захватывается из воздуха, после чего они поступают на электрогенератор, а не в ДВС. По сути, получается процесс, обратный процессу электролиза, в результате которого образуется электроэнергия и вода. Первым автомобилем с водородной силовой установкой стала Toyota Mirai.

По принципу работы ГРМ

Ключевой элемент газораспределительного механизма – распредвал, объединенный с коленвалом двигателя с помощью ремня или цепи ГРМ. Распредвал за счет своей конструкции регулирует работу клапанов, и вся система работает синхронно с частотой оборотов двигателя. Обрыв ремня ГРМ – почти всегда путь на капремонт.

В зависимости от компоновки ЦПГ в двигателе может стоять 1 распредвал, если двигатель рядный, или 2-4 распредвала, если это V-образная компоновка.

Однако стандартная система ГРМ перестала отвечать современным требованиям к мощности и экономичности двигателей. И теперь, кроме стандартной механической системы, есть адаптивные системы, такие как Honda i-VTEC, VTEC-E и DOHC, Toyota VVT-i, Mitsubishi MIVEC, разработки компаний Volkswagen и Eco-Motors, а также пневматическая система ГРМ, установленная на Koenigsegg Regera и в перспективе добавляющая 30% мощности двигателю.

По принципу подачи воздуха

Еще одна классификация, которая часто встречается в обиходе: деление двигателей на атмосферные и турбированные.

  1. Атмосферный двигатель – это тот самый ДВС, который затягивает порцию воздуха при движении поршня в цилиндре вниз. Подача кислорода идет стандартным способом;
  2. Турбина (турбокомпрессор) – это дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания. Турбокомпрессор работает за счет потока выхлопных газов, вращающих турбину, которая, в свою очередь, нагнетает крыльчаткой воздух во впускной коллектор.

Работа двигателя с турбиной

Турбированные двигатели имеют свои преимущества и недостатки: с одной стороны, чем больше воздуха, тем больше мощности может развить двигатель. С другой – эффект турбоямы способен серьезно попортить нервы любителю спортивной езды. Да и лишний узел – лишнее слабое место, так что турбированные двигатели (или битурбо, как называют мотор с двумя турбинами) нравятся далеко не всем. Иногда хорошо собранный атмосферник может «заткнуть за пояс» любой наддув.

Преимущества и недостатки ДВС

  1. Если говорить о преимуществах двигателей внутреннего сгорания, то на первое место выйдет удобство для пользователя. За столетие бензиновой эпохи мы обросли сетью АЗС и даже не сомневаемся, что всегда будет возможность заправить машину и ехать дальше. Есть риск не встретить заправочную станцию – не беда, можно взять с собой бензин в канистрах. Именно инфраструктура делает использование ДВС таким комфортным.
  2. С другой стороны, заправка двигателя топливом занимает пару минут, проста и доступна. Залил бак – и едь себе дальше. Это не идет ни в какое сравнение с подзарядкой электромобиля.
  3. Способность служить долго при грамотном обслуживании – то, чем могут похвастаться знаменитые двигатели-миллионники. Регулярное своевременное ТО способно сохранить работоспособность мотора на очень долгий срок.
  4. И, конечно, не будем забывать про милый сердцу рев мощного мотора. Настоящий, честный, совершенно не похожий на озвучку современных электрокаров. Не зря же некоторые автоконцерны специально настраивали звук двигателей своих машин.

Какой же основной недостаток у ДВС?

  1. Конечно, это низкий КПД — в пределах 20-25%. Самый высокий на сегодняшний день показатель КПД среди ДВС – 38%, который выдал двигатель Toyota VVT-iE. По сравнению с этим электромоторы смотрятся гораздо выигрышней, особенно с системами рекуперативного торможения.
  2. Второй значительный минус – это общая сложность всей системы. Современные двигатели давно перестали быть такими «простачками», как описывается в схеме классического ДВС. Наоборот, требования к моторам становятся всё выше, сами моторы – более точными и сложными, появляются новые технологии и инженерные решения. Всё это дополнительно усложняет конструкцию двигателя, и чем она сложней, тем больше в ней слабых мест.

Так что, если раньше сосед дядя Вася перебирал двигатель своей «копейки» самостоятельно, но на новеньких современных машинах вряд ли кто-то полезет в тонкую систему ДВС без специального оборудования и инструментов.

И, наконец, нефтяная эра сама по себе отходит в прошлое. Не зря же растут требования к экологической безопасности транспорта, а заодно и эффективность солнечных батарей. Да, бензиновые и дизельные моторы еще не скоро исчезнут с улиц, но уже Европа борется за внедрение электромобилей, благодаря которым человечество когда-нибудь забудет слово «бензиновый смог».

Заключение

Несмотря на любые недостатки, ДВС остается «главным по транспорту». Химики придумывают новые моторные масла, инженеры разрабатывают новые системы ГРМ, а производители бензина не спешат снижать цены. Всё потому, что с удобством и автономностью привычных нам двигателей пока не может сравниться ни один вид транспорта.

Авто двигатель. Часть 1. Двигатель и его механизмы

Вы можете задать интересующие вас вопросы по теме представленной статьи, оставив свой комментарий внизу страницы.

Вам ответит заместитель генерального директора автошколы «Мустанг» по учебной работе

Преподаватель высшей школы, кандидат технических наук

Кузнецов Юрий Александрович

Часть 1. ДВИГАТЕЛЬ И ЕГО МЕХАНИЗМЫ

Двигатель является источником механической энергии.

На подавляющем большинстве автомобилей применяется двигатель внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания — это устройство, в котором химическая энергия топлива превращается в полезную механическую работу.

Автомобильные двигатели внутреннего сгорания классифицируются:

По роду применяемого топлива:

— легкие жидкие (газ, бензин),

— тяжелые жидкие (дизельное топливо).

Бензиновые двигатели

Бензиновые карбюраторные. Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

Бензиновые инжекторные Смесеобразование происходит путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжекторов). Существуют системы одноточечного и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно — рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных же системах смесеобразование осуществляется под управлением электронного блока управления (ЭБУ) впрыском, управляющим электрическими бензиновыми вентилями.

Газовые двигатели

Двигатель сжигает в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии. Чаще всего газовые двигатели работаю на пропане, но есть и другие, работающие на попутных (нефтяных), сжиженном, доменных, генераторных и других видах газообразного топлива.

Принципиальное отличие газовых двигателей от бензиновых и дизельных в более высокой степени сжатия. Применение газа позволяет избежать излишнего износа деталей, так как процессы сгорания топливовоздушной смеси происходят более правильно, благодаря исходному (газообразному) состоянию топлива. Также газовые двигатели более экономичны, так как газ стоит дешевле нефти и легче добывается.

К несомненным преимуществам двигателей на газе стоит отнести безопасность и бездымность выхлопа.

Сами по себе газовые двигатели редко выпускаются серийно, чаще всего они появляются после переделки традиционных ДВС, путем оборудования их специальным газовым оборудованием.

Дизельные двигатели

Специальное дизельное топливо впрыскивается в определенный момент (не доходя до верхней мертвой точки) в цилиндр под высоким давлением через форсунку. Горючая смесь образуется непосредственно в цилиндре по мере впрыска топлива. Движение поршня внутрь цилиндра вызывает нагрев и последующее воспламенение топливовоздушной смеси. Дизельные двигатели являются низкооборотными и характеризуются высоким вращающим моментом на валу двигателя. Дополнительным преимуществом дизельного двигателя является то, что, в отличие от двигателей с принудительным зажиганием, он не нуждается в электричестве для работы (в автомобильных дизельных двигателях электрическая система используется только для запуска), и, как следствие, менее боится воды.

По способу воспламенения:

— от искры (бензиновые),

— от сжатия (дизельные).

По числу и расположению цилиндров:

— рядные,

— оппозитные,

— V – образные,

— VR – образные,

— W – образные.

Рядный двигатель

Этот двигатель известен с самого начала автомобильного двигателестроения. Цилиндры расположены в один ряд перпендикулярно коленчатому валу.

Достоинство: простота конструкции

Недостаток: при большом количестве цилиндров получается очень длинный агрегат, который невозможно расположить поперечно относительно продольной оси автомобиля.

Оппозитный двигатель

Горизонтально-оппозитные двигатели отличаются меньшей габаритной высотой, чем двигатели с рядным или V-образным расположением цилиндров, что позволяет снизить центр тяжести всего автомобиля. Легкий вес, компактность конструкции и симметричность компоновки уменьшает момент рыскания автомобиля.

V-образный двигатель

Чтобы уменьшить длину двигателей, в этом двигателе цилиндры расположены под углом от 60 до 120 градусов, при этом продольные оси цилиндров проходят через продольную ось коленчатого вала.

Достоинство: относительно короткий двигатель

Недостатки: двигатель относительно широк, имеет две раздельные головки блока, повышенная стоимость изготовления, слишком большой рабочий объем.

VR-двигатели

В поисках компромиссного решения исполнения двигателей для легковых автомобилях среднего класса пришли к созданию VR-двигателей. Шесть цилиндров под углом 150 градусов образуют относительно узкий и в целом короткий двигатель. Кроме того, такой двигатель имеет только одну головку блока.

W-двигатели

В двигателях W-семейства в одном двигателе соединены два ряда цилиндров в VR-исполнеии.

Цилиндры каждого ряда размещены под углом 150 один к другому, а сами ряды цилиндров расположены под углом 720.

Стандартный автомобильный двигатель состоит из двух механизмов и пяти систем.

Механизмы двигателя

— кривошипно-шатунный механизм,

— газораспределительный механизм.

Системы двигателя

— система охлаждения,

— система смазки,

— система питания,

— система зажигания,

— система выпуска отработавших газов.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм состоит:

— блока цилиндров с картером,

— головки блока цилиндров,

— поддона картера двигателя,

— поршней с кольцами и пальцами,

— шатунов,

— коленчатого вала,

— маховика.

Блок цилиндров

Является цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя. На блоке цилиндров имеются опорные поверхности для установки коленчатого вала, к верхней части блока, как правило, крепится головка блока цилиндров, нижняя часть является частью картера. Таким образом, блок цилиндров является основой двигателя, на которую навешиваются остальные детали.

Отливается как правило — из чугуна, реже — алюминия.

Блоки, изготовленные из этих материалов, отнюдь не равноценны по своим свойствам.

Так, чугунный блок наиболее жёсткий, а значит — при прочих равных выдерживает наиболее высокую степень форсировки и наименее чувствителен к перегреву. Теплоёмкость чугуна примерно вдвое ниже, чем алюминия, а значит двигатель с чугунным блоком быстрее прогревается до рабочей температуры. Однако, чугун весьма тяжёл (в 2,7 раза тяжелее алюминия), склонен к коррозии, а его теплопроводность примерно в 4 раза ниже, чем у алюминия, поэтому у двигателя с чугунным картером система охлаждения работает в более напряжённом режиме.

Алюминиевые блоки цилиндров лёгкие и лучше охлаждаются, однако в этом случае возникает проблема с материалом, из которого выполнены непосредственно стенки цилиндров. Если поршни двигателя с таким блоком сделать из чугуна или стали, то они очень быстро износят алюминиевые стенки цилиндров. Если же сделать поршни из мягкого алюминия, то они просто «схватятся» со стенками, и двигатель мгновенно заклинит.

Цилиндры в блоке цилиндров могут являться как частью отливки блока цилиндров, так и быть отдельными сменными втулками, которые могут быть «мокрыми» или «сухими». Помимо образующей части двигателя, блок цилиндров несет дополнительные функции, такие как основа системы смазки — по отверстиям в блоке цилиндров масло под давлением подается к местам смазки, а в двигателях жидкостного охлаждения основа системы охлаждения — по аналогичным отверстиям жидкость циркулирует по блоку цилиндров.

Стенки внутренней полости цилиндра служат также направляющими для поршня при его перемещениях между крайними поло­жениями. Поэтому длина образующих цилиндра предопределяется величиной хода поршня.

Цилиндр работает в условиях переменных давлений в надпорш-невой полости. Внутренние стенки его соприкасаются с пламенем и горячими газами, раскаленными до температуры 1500—2500°С. К тому же средняя скорость скольжения поршневого комплекта по стенкам цилиндра в автомобильных двигателях достигает 12— 15 м/сек при недостаточной смазке. Поэтому материал, употребляемый для изготовления цилиндров, должен обладать большой механической прочностью, а сама конструкция стенок повышенной жесткостью. Стенки цилиндров должны хорошо противостоять истиранию при ограниченной смазке и обладать общей высокой стойкостью против других возможных видов износа

В соответствии с этими требованиями в качестве основного материала для цилиндров применяют перлитный серый чугун с не­большими добавками легирующих элементов (никель, хром и др.). Применяют также высоколегированный чугун, сталь, магниевые и алюминие­вые сплавы.

Головка блока цилиндров

Является второй по значимости и по величине составной частью двигателя. В головке расположены камеры сгорания, клапаны и свечи цилиндров, в ней же на подшипниках вращается распределительный вал с кулачками. Так же, как и в блоке цилиндров, в его головке имеются водяные и масляные каналы и полости. Головка крепится к блоку цилиндров и, при работе двигателя, составляет с блоком единое целое.

Поддон картера двигателя

Закрывает снизу картер двигателя (отливается как единое целое с блоком цилиндров) и используется как резервуар для масла и защищает детали двигателя от загрязнения. В нижней части поддона имеется пробка для слива моторного масла. Поддон крепится к картеру болтами. Для предотвращения утечки масла между ними устанавливается прокладка.

Поршень

Поршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления.

Поршень подразделяется на три части, выполняющие различные функции:

— днище,

— уплотняющая часть,

— направляющая часть (юбка).

Форма днища зависит от выполняемой поршнем функции. К примеру, в двигателях внутреннего сгорания форма зависит от расположения свечей, форсунок, клапанов, конструкции двигателя и других факторов. При вогнутой форме днища образуется наиболее рациональная камера сгорания, но в ней более интенсивно происходит отложение нагара. При выпуклой форме днища увеличивается прочность поршня, но ухудшается форма камеры сгорания.

Днище и уплотняющая часть образуют головку поршня. В уплотняющей части поршня располагаются компрессионные и маслосъёмные кольца.

Расстояние от днища поршня до канавки первого компрессионного кольца называют огневым поясом поршня. В зависимости от материала, из которого сделан поршень, огневой пояс имеет минимально допустимую высоту, уменьшение которой может привести к прогару поршня вдоль наружной стенки, а также разрушению посадочного места верхнего компрессионного кольца.

Функции уплотнения, выполняемые поршневой группой, имеют большое значение для нормальной работы поршневых двигателей. О техническом состоянии двигателя судят по уплотняющей способности поршневой группы. Например, в автомобильных двигателях не допускается, чтобы расход масла из-за угара его вследствие избыточного проникновения (подсоса) в камеру сгорания превышал 3% от расхода топлива.

Юбка поршня (тронк) является его направляющей частью при движении в цилиндре и имеет два прилива (бобышки) для установки поршневого пальца. Для снижения температурных напряжений поршня с двух сторон, где расположены бобышки, с поверхности юбки, удаляют металл на глубину 0,5-1,5 мм. Эти углубления, улучшающие смазывание поршня в цилиндре и препятствующие образованию задиров от температурных деформаций, называются «холодильниками». В нижней части юбки также может располагаться маслосъемное кольцо.

Для изготовления поршней применяются серые чугуны и алюминиевые сплавы.

Чугун

Достоинства: Поршни из чугуна прочны и износостойки.

Благодаря небольшому коэффициенту линейного расширения они могут работать с относительно малыми зазорами, обеспечивая хорошее уплотнение цилиндра.

Недостатки: Чугун имеет довольно большой удельный вес. В связи с этим область применения чугунных поршней ограничивается сравнительно тихоходными двигателями, в которых силы инерции возвратно движущихся масс не превосходят одной шестой от силы давления газов на днище поршня.

Чугун имеет низкую теплопроводность, поэтому нагрев днища у чугунных поршней достигает 350—400 °C. Такой нагрев нежелателен особенно в карбюраторных двигателях, так как он служит причиной возникновения калильного зажигания.

Алюминий

Подавляющее большинство современных автомобильных двигателей имеют алюминиевые поршни.

Достоинства:

— малая масса (как минимум на 30 % меньше по сравнению с чугунными);

— высокая теплопроводность (в 3-4 раза выше теплопроводности чугуна), обеспечивающая нагрев днища поршня не более 250 °C, что способствует лучшему наполнению цилиндров и позволяет повысить степень сжатия в бензиновых двигателях;

— хорошие антифрикционные свойства.

Шатун

Шатун — деталь, соединяющая поршень (посредством поршневого пальца) и шатунную шейку коленчатого вала. Служит для передачи возвратно-поступательных движений от поршня на коленчатый вал. Для меньшего износа шатунных шеек коленчатого вала между ними и шатунами помещают специальные вкладыши, которые имеют антифрикционное покрытие.

Коленчатый вал

Коленчатый вал — деталь сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент.

Коленчатые валы изготовляют из углеродистых, хромомарганцевых, хромоникельмолибденовых, и других сталей, а также из специальных высокопрочных чугунов.

Основные элементы коленчатого вала

Коренная шейка — опора вала, лежащая в коренном подшипнике, размещённом в картере двигателя.

Шатунная шейка — опора, при помощи которой вал связывается с шатунами (для смазки шатунных подшипников имеются масляные каналы).

Щёки — связывают коренные и шатунные шейки.

Передняя выходная часть вала (носок) — часть вала, на которой крепится зубчатое колесо или шкив отбора мощности для привода газораспределительного механизма (ГРМ) и различных вспомогательных узлов, систем и агрегатов.

Задняя выходная часть вала (хвостовик) — часть вала, соединяющаяся с маховиком или массивной шестернёй отбора основной части мощности.

Противовесы — обеспечивают разгрузку коренных подшипников от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна.

Маховик

Массивный диск с зубчатым венцом. Зубчатый венец необходим для запуска двигателя (шестерня стартера входит в зацепление с шестерней маховика и раскручивает вал двигателя). Также маховик служит для уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала.

Газораспределительный механизм

Предназначен для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси и выпуска отработавших газов.

Основными деталями газораспределительного механизма являются:

— распределительный вал,

— впускные и выпускные клапана.

Распределительный вал

По расположению распределительного вала выделяют двигатели:

— С распредвалом, расположенным в блоке цилиндров (Cam-in-Block);

— С распредвалом, расположенным в головке блока цилиндров (Cam-in-Head).

В современных автомобильных двигателях, как правило, расположен в верхней части головки блока цилиндров и соединён со шкивом или зубчатой звёздочкой коленвала ремнём или цепью ГРМ соответственно и вращается с вдвое меньшей частотой, чем последний (на 4-тактных двигателях).

Составной частью распредвала являются его кулачки, количество которых соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Таким образом, каждому клапану соответствует индивидуальный кулачок, который и открывает клапан, набегая на рычаг толкателя клапана. Когда кулачок «сбегает» с рычага, клапан закрывается под действием мощной возвратной пружины.

Двигатели с рядной конфигурацией цилиндров и одной парой клапанов на цилиндр обычно имеют один распределительный вал (в случае четырёх клапанов на каждый цилиндр, два), а V-образные и оппозитные — либо один в развале блока, либо два, по одному на каждый полублок (в каждой головке блока). Двигатели, имеющие 3 клапана на цилиндр (чаще всего два впускных и один выпускной), обычно имеют один распредвал на головку блока, а имеющие 4 клапана на цилиндр (два впускных и 2 выпускных) имеют 2 распредвала в каждой головке блока.

Современные двигатели иногда имеют системы регулировки фаз газораспределения, то есть механизмы, которые позволяют проворачивать распредвал относительно приводной звездочки, тем самым изменяя момент открытия и закрытия (фазу) клапанов, что позволяет более эффективно наполнять рабочей смесью цилиндры на разных оборотах.

Клапана

Клапан состоит из плоской головки и стержня, соединенных между собой плавным переходом. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью диаметр головки впускного клапаны делают значительно больше, чем диаметр выпускного. Так как клапаны работают в условиях высоких температур, их изготавливают из высококачественных сталей. Впускные клапаны делают из хромистой стали, выпускные из жаростойкой, так как последние соприкасаются с горючими отработавшими газами и нагреваются до 600 – 8000С. Высокая температура нагрева клапанов вызывает необходимость установки в головке цилиндров специальных вставок из жаростойкого чугуна, которые называются седлами.

Принцип работы двигателя

Основные понятия

Верхняя мертвая точка – крайнее верхнее положение поршня в цилиндре.

Нижняя мертвая точка – крайнее нижнее положение поршня в цилиндре.

Ход поршня – расстояние, которое поршень проходит от одной мертвой точки до другой.

Камера сгорания – пространство между головкой блока цилиндров и поршнем при его нахождении в верхней мертвой точке.

Рабочий объем цилиндра – пространство, освобождаемое поршнем при его перемещении из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку.

Рабочий объем двигателя – сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя. Выражается в литрах, поэтому часто называется литражом двигателя.

Полный объем цилиндра – сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра.

Степень сжатия – показывает во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания.

Компрессия – давление в цилиндре в конце такта сжатия.

Такт – процесс (часть рабочего цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня.

Рабочий цикл двигателя

1-ый такт – впуск. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (смесь топлива с воздухом).

2-ой такт – сжатие. Поршень под действием коленчатого вала и шатуна перемещается вверх. Оба клапана закрыты и горючая смесь сжимается.

3-ий такт – рабочий ход. В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется (от сжатия в дизельном двигателе, от искры свечи в бензиновом двигателе). Под давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал.

4-ый такт – выпуск. Поршень перемещается вверх, и через открывшийся выпускной клапан выходят наружу отработавшие газы.

Категория: Авто… | Популярность: 85179 | Оценка: 3.48

Добавить комментарийКомментарии:

  • 2.02.2019г 20:17:05 Комментарий Антон

    Отличная статья, все написано чётко и понятным языком, даже для таких чайников как я;) Ответить

  • 22.06.2017г 08:16:13 Комментарий sakonya

    отлично
    Ответить

  • 28.08.2016г 19:08:17 Комментарий Татьяна

    Спасибо за статью! очень помогло! Ответить

  • 17.03.2016г 22:26:35 Комментарий Ник

    Обалденная статья, все понятно и очень подробно. Сразу обо всем двигателе Ответить

  • 9.07.2015г 19:22:39 Комментарий максим (мне 14 лет, так, что не обижайтесь, если что-то неправильно подумал)

    спасибо за статью! но есть одна маленькая и незначительная проблема… тут написано про бензиновый и дизельный двигатели, а можно ещё про карбюраторные двигатели? Ответить

  • 24.12.2014г 05:33:44 Комментарий Иван

    Спасибо статья Отличная!, только один момент не понятен. По «рабочим циклам», а именно по движению «коленчатого вала» на рисунке стрелка правильно показывает ход или нет?
    И еще раз спасибо, жду ответ Ответить

  • 17.10.2013г 20:39:10 Комментарий Евгений

    Статья понравилась. Коротко и самое главное. Только система выпуска относится к системе питания. Прошу разрешения использовать материал для своего сайта. evgenijdob@yandex.ru Ответить

  • 9.09.2013г 20:29:40 Комментарий я

    молодец Ответить

  • 17.07.2013г 23:38:01 Комментарий влад

    Спасибо! Действительно все понятно!!! Ответить

  • 13.07.2013г 14:27:39 Комментарий Антон

    Спасибо помог! Ответить

Основные детали двигателя автомобиля

Технический центр «Гвардейский» в Казани предлагает услуги по обслуживанию силовых агрегатов (как бензиновых, так и дизельных), в том числе диагностику, замену и ремонт двигателей поршневого типа с клапанным ГРМ.

Конструкционные особенности

Поршневые ДВС с клапанным ГРМ ставятся на преобладающее большинство легковых автомобилей, что обуславливает актуальность выполнения услуг по обслуживанию мотора. Мотористы нашего техцентра занимаются ремонтом и заменой таких важных конструкционных элементов любого силового агрегата как:

  • газораспределительный механизм (сокращенно ГРМ);
  • головка блока цилиндров (сокращенно ГБЦ) и сам блок;
  • кривошипно-шатунный механизм (сокращенно КШМ).

Обслуживание в целом ГРМ связано с необходимостью проверки состояния, выявления неисправностей и устранения поломок таких важных элементов как:

  • клапанная группа;
  • распределительный вал (сокращенно распредвал);
  • привод распределительного вала (ременной, шестеренчатый (зубчатый), цепной или комбинированный).

В КШМ пристальное внимание уделяется таким деталям как коленчатый вал (сокращенно коленвал), маховик, вкладыши, шатун, а также цилиндро-поршневая группа (включая поршень, в том числе поршневые кольца, еще гильзы и блок цилиндров).

Клапанная группа

Клапанная группа – элемент ГРМ, которая требует самого пристального внимания со стороны мотористов технического центра «Гвардейский». Она включает несколько важных элементов:

  • Клапана;
  • стержень (шток);
  • седло;
  • направляющая втулка;
  • пружина или пружины;
  • элементы крепления.

Клапана на мотор автомобиля сейчас ставятся двух видов – впускные и выпускные. Разница, прежде всего, в диаметре тарелки, у впускного Клапана этот параметр больше. Второе отличие – форма и диаметр штока, у впускного она цельнометаллическая и по диаметру он меньше, у выпускного бывает полая с наполнителем внутри, в большинстве случаев это натрий, или со стеллитом.

Схемы встречаются различные, классическая – четыре Клапана, два впускных, два выпускных, а также двухклапанная (по одному впускному и выпускному клапану). Помимо этого встречаются одноклапанные (впускной в дизельных двухтактных моторах с прямоточной продувкой), а в четырехтактных моторах трехклапанные (выпускной, пара впускных) и пятиклапанные (пара выпускных, соответственно три впускных) группы.

Впускные Клапана предназначены для впуска в цилиндры ТВС (полное название топливно-воздушная смесь), выпускные Клапана нужны для отвода из цилиндров образовавшихся выхлопных газов.

Основные элементы Клапана – тарелка (золотниковые и поворотные клапаны уже давно не устанавливаются), шток (он же направляющая втулка или стержень). Тарелки бывают плоскими и выпуклыми (зонтичными).

На штоке предусмотрено наличие элементов, необходимых для крепления к нему клапанной пружины (они в большинстве случаев также тарельчатые, хотя встречаются редко другие варианты, и еще пружин бывает не одна). Как правило, на штоке имеется кольцевая прорезь и для фиксации пружин используется сухарное подсоединение (с применением сухарей). Иногда пружины заменяются десмодромным механизмом.

Дополнительно на Клапана ставятся маслосъемные колпачки (сальники). Во впускных Клапанах они необходимы для предотвращения попадания масла в цилиндры.

Принцип работы заключается в том, что по заданному алгоритму, определенному циклу (Отто, Аткинсона, Миллера, Дизеля, существуют и другие) распределительный вал либо напрямую, при помощи кулачков, либо посредством привода определенной конструкции (вариантов масса – толкатели гидравлического типа, роликовые рычаги, иные) воздействует на шток Клапана. Он движется в направляющей втулке (между ними имеется определенный зазор, когда выполняется регулировка клапанов, этот параметр учитывается). В результате тарелка впускного Клапана способна открывать кольцевой канал для подачи ТВС, а тарелка выпускного Клапана – канал, предназначенный для отвода выхлопных газов в выхлопную систему.

Закрываются каналы благодаря пружине, которая выталкивает стержень в обратном направлении, что позволяет тарелке соприкасаться с седлом (если точнее, то с седлом соприкасается фаска с углом 45° или 30°).

Седло – это стальная или чугунная деталь в форме кольца. Ее расположение зависит от конструкционной схемы ГРМ, конкретнее размещения такого элемента как распредвал. Сейчас самое распространенное решение – верхнее расположение распредвала, при такой схеме седло запрессовывается или развальцовывается в головке блока цилиндров. Есть и другие варианты, в том числе и с нижним размещением распредвала ГРМ.

И еще отметим, что при движении Клапана могут прокручиваться вокруг своей оси с целью самоочистки, снятия с фаски нагара, такая функция присутствует не всегда.

Это общий принцип работы, реализуется он с использованием разнообразных конструкционных решений, которые при обслуживании двигателя необходимо знать досконально.

Распределительный вал

Распредвал – еще одна важная деталь ГРМ, без него работа клапанов невозможна в принципе. Это вал, на котором располагаются кулачки и опорные шейки. Он необходим для обеспечения функционирования ГРМ в полном соответствии с существующими фазами газораспределения. Валов может использоваться несколько, классические схемы – один, пара и четыре. Ставятся они в опоры с подшипниками скольжения.

Принцип работы следующий. Коленвал передает крутящий момент на распредвал посредством привода ГРМ (шестеренчатого, комбинированного, цепного или ременного). Вращаясь распредвал, напрямую при помощи кулачков или посредством привода, приводит в движение Клапана, что позволяет обеспечить попадание в цилиндры ТВС или только воздуха и выполнить отвод выхлопных газов.

С целью обеспечения работы привода ГРМ, передачи определенного крутящего момента на распредвал ставятся шестерни, шкив или звездочки, в зависимости от вида привода ГРМ.

Кулачки называются эксцентриками, они, как правило, одной высоты, но бывают и разной. Это связано с тем, что мотор может быть оборудован системой, изменяющей фазы газораспределения. Причем в таком случае распредвал у разных автопроизводителей имеет свои конструкционные особенности и дополнительные устройства. Если интересно, более полную информацию можете узнать у мотористов нашего техцентра.

Важный момент – место, где установлен распредвал. Сейчас самое распространенное решение верхнее – в ГБЦ, но бывают и варианты.

Коленчатый вал

Коленвал – ключевая деталь КШМ. Он необходим для превращения возвратно-поступательной энергии поршней во вращательную энергию (используют термин крутящий момент) и передачи ее посредством привода ГРМ и маховика на целый ряд узлов.

Коленвалы отличаются по материалу (сталь, чугун) и технологии изготовления (литые, кованные), а также конструкции. Основных элементов несколько:

  • шейки, коренные и шатунные (колена, на них опирается шатун);
  • щеки (объединяют шейки);
  • хвостовик;
  • носок.

Отметим, что шатунные шейки отличаются по форме, месту расположения:

  • в ряд (рядные двигатели);
  • под определенным углом (V-образные силовые агрегаты);
  • напротив друг друга под углом 180° (оппозитные моторы).

Внутри вала масляные каналы. Они необходимы для смазки подшипников скольжения. С целью обеспечения герметичности коленвала и препятствованию утечки масла ставятся сальники.

Располагается коленвал либо в блоке цилиндров, либо в картере мотора, вращается в опорах, для этого существуют подшипники скольжения, в которых закреплены коренные шейки. Есть и другие варианты. Например, полноопорный коленвал.

Принцип работы следующий. Поршень выполняет возвратно-поступательное движение и приводит в движение шатун. Шатун следом передает движение дальше по цепочке на коленвал, который благодаря использованию шеек преобразовывает полученное усилие в крутящий момент и передает дальше.

В задней части коленвала располагается хвостовик. Он передает вращательное движение на коробку передач. Варианты различные, если это «механика» (МКПП), то крутящий момент передается на маховик, если «автомат» (АКПП), то на гидромуфту или гидротрансформатор. Есть и другие варианты.

В передней части коленвала носок отвечает за передачу возникающего крутящего момента, прежде всего, на распредвал, в полной зависимости от привода ГРМ ставятся ведущая звездочка, шкив или шестерня. В остальном все зависит от конструкционной схемы определенной модели и марки машины. От коленчатого вала крутящий момент может подаваться на помпу (ее еще называют насос) систем смазки и охлаждения, в преобладающем числе случаев генератор и, при наличии, компрессор системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Существует масса других вариантов.

Шатун

Шатун очень важная деталь КШМ. Принцип его действия основан на передаче возвратно-поступательного движения непосредственно от поршней к коленвалу. То есть этот узел объединяет коленвал и поршень. Конструкция отличается, но шатун состоит из таких элементов как:

  • стержень (от длины стержня зависит высота двигателя);
  • поршневая головка (сокращенно ВГШ, присоединяет поршень, это цельная проушина с подшипником скольжения, его еще называют втулкой);
  • кривошипная головка (сокращенно НГШ, деталь разъемная, оборудуется шатунным подшипником, съемная часть называется крышкой, подсоединяет коленвал).

То есть шатун – это две головки, соединенные стержнем.

Наши мотористы учитывают при работе, что головка может связываться с шатуном при помощи болтового, реже штифтового или бандажного соединения, а вот разъемы бывают прямыми и косыми, соединение зубчатым или замковым.

Поршень

Поршень – одна из главных деталей силового агрегата. Он выполняет возвратно-поступательное движение прямо в цилиндре. В полной зависимости от тактов на него воздействуют энергия, образовывающаяся при сгорании ТВС, и коленвал, через шатун. Без движения поршня поршневой ДВС работать не сможет. Функций поршень имеет массу.

Это монолитная конструкция, полый цилиндр, который условно включает головку и юбку (тронковую, направляющую часть), изготавливается из алюминия, стали, чугуна (возможны и варианты). На головке предусмотрено днище и ставятся поршневые кольца. Днище, по сути, элемент камеры сгорания. Оно бывает плоским, выгнутым (выпуклым) или вогнутым. С целью соединения таких элементов как поршень и шатун используется поршневой палец.

Маховик

Маховик – деталь из разряда «и вашим, и нашим», целых три системы напрямую зависят от его работоспособности:

  • КШМ мотора;
  • механическая трансмиссия (фактически это ведущий диск сцепления);
  • система запуска мотора (проворачивает коленвал при пуске стартера).

По своей сути маховик – это диск, крепящийся на задней части коленвала. Материалы изготовления и конструкционные особенности могут отличаться.

По конструкции маховик бывает:

  • сплошным, из чугуна, большого диаметра, с напрессованным зубчатым венцом из стали;
  • двухмассовым, демпферным;
  • облегченным.

Более подробную информацию о конструкции и особенностях каждого вида маховиков можно узнать у наших консультантов.

Неисправности

Детали ГРМ и КШМ подвержены износу, так как нуждаются в смазке, работают под высокими нагрузками в очень сложных механических и температурных условиях, что приводит к выходу узлов из строя. Основной признак неисправности – сбои в работе двигателя. Что касается отдельно взятых деталей.

Замена клапанов во многих случаях требуется из-за:

  • механических повреждений штока (задиры, царапины, износ);
  • сильной изношенности фаски, образования на ней трещин и прогаров;
  • загиба стержня;
  • забоя кольцевых прорезей;
  • повреждения торцов и пружин;
  • негерметичного соприкасания тарелки и седла.

Причины выхода этого узла различные. Замена клапанов может понадобиться из-за перегрева двигателя, повреждения других деталей ГРМ, попадания в цилиндры различных посторонних предметов, недостаточной смазки (некачественного моторного масла или наличия в нем топлива), ошибочно настроенных фаз газораспределения. И еще необходима регулировка клапанов. Неверный зазор между штоком и направляющей втулкой – характерная неисправность.

Иногда приходится заменить распредвал по целому ряду причин, среди которых износ основных элементов, механические повреждения, недостаток смазки. Основные поломки:

  • повреждения опорных шеек (задиры, царапины);
  • деформация кулачков (образование задиров);
  • прогиб и трещины распредвала (это происходит тогда, когда поршень и Клапана соударяются).

Существуют и другие причины, которые обуславливают необходимость купить распредвал, а затем заменить распредвал в нашем техцентре.

Замена коленвала зачастую связана с его износом и деформацией, основные неисправности:

  • износ и механическая деформация (задиры, царапины) шеек, как коренных, так и шатунных;
  • повреждения конструкции в целом (трещины, загиб, в ряде случаев причина – поврежденный шатун или поршень из-за гидроудара или попадания какого-то постороннего предмета прямо в цилиндр);
  • изношенность сальников.

Существуют и другие. Еще одна нехорошая поломка, с которой приходится бороться мотористам нашего техцентра путем использования статической и динамической балансировки, – дисбаланс коленвала и других узлов.

Кроме того, в моторном цеху, на высокоточном оборудовании можно заказать услуги «шлифовка или расточка коленвала», что гораздо дешевле, покупки нового коленвала.

Шатун подвержен износу. Запомните это. Иногда мастера некоторых автосервисов совсем не обращают внимания или экономят время, а ведь могут быть:

  • деформация ВГШ и НГШ (образование задиров и критический износ);
  • загиб и скручивание стержня;
  • трещины;
  • повреждения крепежных элементов НГШ.

Причин, по которым шатун может выйти из строя, масса. Во многом все связано с моторным маслом (не хватает, с примесями, разбавлено топливом), работой силового агрегата (длительная эксплуатация, гидроудар, попадание различных посторонних предметов прямо в цилиндры) и неквалифицированным обслуживанием узла.

Поршень работает в очень сложных условиях, из-за чего может понадобиться замена поршней, зачастую приходится нашим мастерам заменить кольца. Основные неисправности:

  • механическая деформация головки, образование задиров, разрушение перемычек между каналами;
  • повреждение днища (появление радиальных трещин, выжженные места, если двигатель дизельный);
  • механические повреждения юбки, в частности, места под поршневой палец;
  • изношенные поршневые кольца и нарушение зазора.

Основные причины, из-за которых поршень повреждается, – поломки в системах смазки, охлаждения, подачи топлива, нарушение соосности между такими элементами как коленвал и поршневой палец, тяжелые эксплуатационные условия.

Главные причины выхода из строя маховика это:

  • изношенность зубчатого венца и прилегающей поверхности;
  • биение;
  • дефекты на прилегающей поверхности.

Причины поломки маховика заключаются в тяжелых условиях эксплуатации, естественном износе, механических воздействиях, неквалифицированном обслуживании и ряде других факторов.

Диагностика, замена и ремонт

Неисправности КШМ и ГРМ в техническом центре «Гвардейский» выявляются путем разборки и дефектовки двигателя, а также с использованием целого ряда других методик, включая инструментальную диагностику при помощи специальных инструментов и приборов. Обязательно проверяются и смежные системы. На работу этих узлов влияют системы смазки, зажигания, охлаждения, подачи топлива, впускная и выпускная, работа электроники (ЭБУ и датчиков при наличии).

Если неисправны Клапана, то выявляются причины поломки. В целом у нас может производиться замена клапанов, втулки, правка седла, а также шлифовка фаски и торца, целый ряд других операций, например, связанных с заменой иных деталей и узлов ГРМ, поломка которых привела к проблемам с клапаном.

Обязательно при любых обстоятельствах производится регулировка Клапана (существующего зазора между штоком и втулкой).

Распредвал – деталь очень важная, если он неисправен, то могут сказать «прощай» Клапана, ГБЦ и даже блок, если очень сильно не повезет. В нашем техцентре производится дефектовка узла. Если потребуется, мотористы могут заменить распредвал или провести шлифовку коленвала, иногда возможна шлифовка шеек, установка втулок или вкладышей. Купить распредвал для определенного двигателя можно в автомагазине, который работает при техническом центре «Гвардейский».

Замена коленвала или расточка коленвала– один из основных видов работ, которые выполняют наши механики, зачастую наряду с такой услугой как капитальный ремонт двигателя. Если повреждения не слишком серьезные, может выполняться шлифовка шеек коленчатого вала, установка вкладышей, обработка упорных фланцев, вырезание посадочных мест и шпоночных пазов.

Что касается шатуна. Во многих автосервисах мотористы на эту деталь внимания не обращают, даже при капитальном ремонте мотора, а дальше большое горе и дорогостоящий ремонт. Наши механики обязательно проверяют шатун, например, геометрия отверстий оценивается нутромером, а непараллельность осей поршневой и кривошипной головок при помощи специального измерительного прибора и проверочной плиты. Зачастую шатун ремонтопригоден, выполняется обработка поверхностей, хонингование, замена втулок, расточка отверстий и другие услуги. Иногда приходится шатун менять. Все во многом предопределяется не только характером повреждений, но и конструкционными особенностями узла.

Поршень и поршневые кольца – расходные материалы. Поэтому выполняется замена поршней и наши мастера могут заменить кольца.

Маховик лучше заменить, реставрация может выйти гораздо дороже. Все напрямую зависит от характера и степени повреждений. Также в нашем техцентре проводится шлифовка, очистка, смазка узла.

Необходим ремонт двигателя, его основных элементов в Казани?

Обращайтесь в технический центр «Гвардейский» 7 дней в неделю с 9:00 до 21:00.

Наши контакты ул. Гвардейская, д 53, к. 2

FILED UNDER : Разное

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*