Устройство двигателя автомобиля и принцип работы

Классификация двигателей

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

По рабочему циклу

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

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

По типу конструкции

По конструкции ДВС делятся на:

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

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

По количеству цилиндров

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

По принципу создания рабочей смеси

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания различается способами смесеобразования:

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

По расположению цилиндров

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

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

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

По типу топлива

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

По принципу работы ГРМ

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

В каких случаях ГБЦ нуждается в ремонте?

В принципе с головкой блока цилиндров может случиться все что угодно, начиная от поломки мелких деталей и заканчивая появлением трещин в самой структуре головки. Но все эти нюансы мы рассматривать не будем, а остановимся на самых характерных поломках крупных узлов и элементов.

Процесс шлифовки узла ГБЦ

Есть несколько причин, из-за которых происходит поломка и, соответственно, ремонт головки блока цилиндров.

регулярная езда на перегретом моторе;
нарушение работы и поломки в системе смазки ДВС (имеется в виду некачественная моторная жидкость, попадание антифриза или топлива в масло);
износ компонентов в результате отработанного ресурса эксплуатации.

Извините, в настоящее время нет доступных опросов.

В каких же случаях необходим ремонт ГБЦ?

Выход из строя распределительного вала или других компонентов, связанных с этим узлом.
Выход из строя направляющих втулок.
Поломка чугунных блоков цилиндров и появление трещин на головке. В данном случае процесс ремонта в домашних условиях осуществляется исключительно в том случае, когда у вас есть сварочное оборудование и вы умеете им пользоваться.
Замена самих цилиндров. На них могут появиться задиры, трещины или цилиндры попросту могли уже «отжить» свой срок.
Обрыв клапанов или шатуна. Такие поломки ГБЦ впоследствии могут стать причиной необходимости капитального ремонта мотора.
Появление трещин в гильзе. Обычно такая проблема возникает в тех случаях, когда автомобилист или мастер на СТО неправильно затянул винты крепления головки.
Пробитая прокладка. Также является одной из наиболее часто встречаемых поломок. Обычно изнашивается по причине отработанного ресурса эксплуатации.

Собственно, это только малая часть причин, по которым необходимо снятие головки блока цилиндров и ее ремонт. Более подробно о наиболее распространенных методах ремонта неисправностей мы расскажем ниже.

Дизельные двигатели

Дизельный мотор — это вид двигателя, который расходует как горючее дизельное топливо. Основные системы и элементы движка идентичны бензиновому брату, различие состоит в системе впрыска и воспламенении смеси. В дизельном моторе отсутствуют свечи зажигания, поскольку воспламенение смеси от искры не нужно.

На моторах такого типа устанавливаются свечи накала, которые разогревают воздух в камере сгорания, который превышает температуру воспламенения. После этого через форсунки подаётся распылённое топливо, которое сгорает, чем создаёт достаточное давление для привода в движения поршня, который раскручивает коленчатый вал.

Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя

В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения

Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

Увеличение мощности двигателя — это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:

Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера — это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.

В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.

При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).

Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».

Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.

А что же с нашими ВАЗ?

Как я уже писал сверху, старые моторы (и ВАЗ тут не исключение), имели просто обычную звездочку, на которую одевалась либо цепь, либо ремень ГРМ. Сейчас речь не про новые, а именно про старые.

Как вы догадываетесь, у них были усредненные значения фаз (ну и соответственно перекрытия).

Заводским методом фазы практически никак не настраивались, я сейчас молчу о регулировки клапанов. Также здесь не будет затрагивать спортивные распределительные валы (это уже немного другая тема).

Однако наши умельцы, в гараж и различных тюнинг ателье, ставили так называемые «разрезные шестерни распредвалов». Что это такое? Это шестерня, которая стоит как бы из двух частей: Внутренней части – соединена с распределительным валом.

Внешней части — которая соединяется с цепью – ремнем ГРМ.

Друг с другом они стягиваются болтами, отверстия для этих болтов имеют небольшой ход. То есть эти части могут немного вращаться (на небольшой угол) относительно друг друга. Таким образом можно было изменять угол и методом подбора установить нужную мощность, расход и работу мотора.

НО это скорее исключение из правил, и сейчас современные моторы скажем, на ЛАДА ВЕСТА уже имеют фазовращатели (так что с правильным перекрытием клапанов нет проблем).

Сейчас смотрим видео версию

На этом заканчиваю, думаю, мои материалы были вам полезны. Подписывайтесь на канал, читайте наш АВТОСАЙТ

(6 голосов, средний: 3,50 из 5)

Материал изготовления блока цилиндров и гильз цилиндров

В зависимости от рабочего объёма и других технических и эксплуатационных характеристик, назначения, существует несколько вариантов компоновки (расположения цилиндров двигателя), а также несколько материалов для изготовления блока и цилиндра.

Так как в цилиндре возникают условия переменных давлений в надпоршневой полости, внутренняя поверхность стенок цилиндров соприкасается с пламенем и горячими газами (температура которых составляет от 1500—2500 °С), такая деталь должна изготавливаться из высокопрочных материалов с большой механической прочностью. Скорость скольжения поршневых колец по стенкам цилиндров достаточно большая от 12 до 15 м/сек, поэтому внутренние стенки цилиндра должны иметь повышенную жесткость. В этом случае увеличится срок службы цилиндра (гильзы цилиндра) и деталь будет более устойчива к разным видам износа (абразивным, коррозийным и эрозийным). Если поверхность блока цилиндров износилась выше допустимых пределов (что определется методом дефектации блока цилиндров), необходимо провести ремонт блока цилиндров.

Если нет ограничений по массе двигателя, например тракторный двигатель, то блок цилиндров изготавливается из перлитного чугуна.

На транспортных двигателях, где есть ограничения по массе, применяю более легкие алюминиевые и магниевые сплавы для изготовления блока цилиндров.

Преимущества блоков цилиндров из серого чугуна:

низкая стоимость;
высокая технологичность литья;
стабильность свойств материала;
возможность ремонта трещин блока (запайкой, заваркой, эпоксидным клеем);
высокая твёрдость и жёсткость поверхностей, устойчивость к перегреву;

Недостатки чугунов

Главный недостаток чугуна большая масса (плотность выше в 2,7 раза), и меньшая теплопроводность.

Алюминиевые сплавы более дорогие, но алюминиевые блок цилиндров имеют гораздо меньшую массу. Алюминиевые сплавы имеют ряд особенностей, которые следует учитывать при изготовлении и эксплуатации блоков цилиндров.

Принцип работы дизельного двигателя

Главным отличием дизельного вида мотора от бензинового является способ образования зажигательной смеси. В большинстве бензиновых ДВС, смесь попадает через впускной коллектор, тогда как в дизеле смесь всегда подаётся непосредственно в камеру сгорания.

Воспламенение тоже происходит по другому сценарию. В дизельном двигателе внутреннего сгорания, цилиндр сначала втягивает воздух, после поршень путём резкого сжатия доводит температуру воздуха до 700-850 градусов во время сжатия, далее под высоким давлением подаётся дизель и происходит воспламенение. Температура достигает 2400 градусов. Качество смеси сильно зависит от скорости впрыска. Если скорость впрыска малая, бензин может не полностью испаряться. Система зажигания на дизельных ДВС отсутствует.

Из минусов дизельного двигателя можно выделить:

Повышенная вибронагруженность
Трудность холодного пуска
Сложность обслуживания
Повышенный вес

Самым важным отличием дизельного мотора от бензинового является система подачи топлива. ТНВД (топливный насос высокого давления) работает по следующему принципу: дизель из бака нагнетается в требуемые порции, далее по индивидуальным магистралям поступает через форсунки и подаётся в каждую камеру отдельно.

ТНВД делится на: — Распределительные — Многоплунжерные рядные (редко используются на современных авто)

Ремонт и диагностика дизельных двигателей с ТНВД требует наличия инструкций и специнструментов. С другой стороны, некоторые специалисты утверждают что автомобили концерна VAG (Audi, Skoda, Porsche) легки при настройке.

Если попались дефектные запчасти

На любом пробеге возможно появление задиров цилиндра, вызванных разрушением поршня, колец либо поломкой свечи зажигания (обломился электрод или кусочек изолятора). Задиры на поверхности цилиндра вызывают потерю компрессии, при этом снижается мощность и появляется масложор.

Если попадутся поддельные фильтры или масла, то срок жизни мотора может быть очень коротким. Фильтр на большой скорости и оборотах способен лопнуть по завальцовке, оставив мотор без масла. А просто плохая фильтрация сократит ресурс подшипников всех валов. Некондиционное масло может стать причиной задиров, а еще оно может столь интенсивно угорать, что водитель запросто пропустит момент, когда мотор останется без масла.

Обновление

Самый легкий и в то же время экономичныйметод тюнинга мощности двигателя — это проведение восстанавливающих процедур. В данном случае как двигатель, так и узлы трансмиссии обрабатываются специализированным модификатором трения. При помощи таких препаратов вы увеличиваете мощность и приемистость не только двигателя, но еще и узлов трансмиссии. После форсирования вы в любом случае почувствуете результат, особенно если речь идет об автомобиле с большим пробегом, производительность двигателя в котором существенно снизилась. Помимо всего прочего вы исключите потребность в проведении целого комплекса трудоемких процедур, что также заметно скажется на общей стоимости тюнинга.

Этот вариант форсирования является доступным практически каждому, и в случае необходимости его можно будет даже провести самостоятельно. Конечно, вы не сможете добиться значительного увеличения производительности, но вам определенно удастся увеличить его мощность приблизительно на 3-5%.

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает 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.

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.
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.
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.
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:

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.
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.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

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

Принцип работы и устройство двс автомобиля