Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

Легендарный Saab

Лучших результатов удалось достигнуть компании Saab, когда она в 2000 году выпустила пятицилиндровый мотор, который при 1,6 литрах объема выдавал порядка двухсот двадцати пяти лошадей. Это достижение и сегодня кажется невероятным.

Двигатель разделен надвое, где части соединены друг с другом шарнирным способом. Снизу расположен коленчатый вал, шатуны и поршни, а наверху – цилиндры с головками. Гидропривод способен наклонять моноблок с цилиндрами и головками, изменяя степень сжатия при включении приводного компрессора. Несмотря на всю эффективность, разработки также пришлось отложить из-за дороговизны конструкции.

Устройство двигателя авто

Для будущего автомобильного механика, диагноста устройство двигателя автомобиля является одной из ключевых тем. Именно двигатель обеспечивает транспортное средство энергией, которая нужна для его движения. Чаще всего механизм запуска устройства двигателя автомобиля возможен за счёт применения бензина или дизеля (дизельного топлива). Сгораемое внутри мотора топливо продуцирует тепло, что приводит к увеличению температуры газов внутри цилиндра двигателя и росту давления газов. Подвижные части двигателя под их влиянием вступают в работу, и тепловая энергия преображается в механическую.

Miller Cycle Engine на автомобиле Mazda Xedos (2.3 L)

Особенный механизм газораспределения с перекрытием клапанов обеспечивает повышение степени сжатия (СЗ), если в стандартном варианте, допустим, она равна 11, то в моторе с коротким сжатием этот показатель при всех других одинаковых условиях увеличивается до 14. На 6-цилиндровом ДВС 2.3 L Mazda Xedos (семейство Skyactiv) теоретически это выглядит так: впускной клапан (ВК) открывается, когда поршень расположен в верхней мертвой точке (сокращенно – ВМТ), закрывается не в нижней точке (НМТ), а позднее, остается открытым 70º. При этом часть топливно-воздушной смеси выталкивается назад во впускной коллектор, сжатие начинается после закрытия ВК. По возвращению поршня в ВМТ:

объем в цилиндре уменьшается;
давление возрастает;
воспламенение от свечи происходит в какой-то определенный момент, оно зависит от нагрузки и количество оборотов (работает система опережения зажигания).

Затем поршень идет вниз, происходит расширение, при этом теплоотдача на стенки цилиндров получается не такой высокой, как в схеме Otto из-за короткого сжатия. Когда поршень доходит до НМТ, идет выпуск газов, затем все действия повторяются заново.

Специальная конфигурация впускного коллектора (шире и короче, чем обычно) и угол открытия ВК 70 градусов при СЗ 14:1 дает возможность установить опережение зажигания 8º на холостых оборотах без какой-либо ощутимой детонации. Также эта схема обеспечивают больший процент полезной механической работы, или, другими словами, позволяет поднять КПД. Получается, что работа, вычисляемая по формуле A=P dV (P – давление, dV – изменение объема), направлена не на нагревание стенок цилиндров, головки блока, а идет на совершение рабочего хода. Схематически весь процесс можно посмотреть на рисунке, где начало цикла (НМТ) обозначено цифрой 1, процесс сжатия – до точки 2 (ВМТ), от 2 до 3 – подвод теплоты при неподвижном поршне. Когда поршень идет от точки 3 к 4, происходит расширение. Выполненная работа обозначена заштрихованной областью At.

Также всю схему можно посмотреть в координатах T S, где T означает температуру, а S – энтропию, которая растет с подводом теплоты к веществу, и при нашем анализе это величина условная. Обозначения Qp и Q0 – количество подводимой и отводимой теплоты.

Недостаток серии Skyactiv – по сравнению с классическими Otto у этих движков меньше удельная (фактическая) мощность, на моторе 2.3 L при шести цилиндрах она составляет всего лишь 211 лошадиных сил, и то при учете турбонаддува и 5300 об/ мин. Зато у моторов есть и ощутимые плюсы:

высокая степень сжатия;
возможность установить раннее зажигание, при этом не получить детонации;
обеспечение быстрого разгона с места;
большой коэффициент полезного действия.

И еще одно немаловажное преимущество двигателя Miller Cycle от производителя Mazda – экономичный расход топлива, особенно при малых нагрузках и на холостом ходу

1981 год: технология дезактивации цилиндров двигателя

Идея проста. Чем меньше цилиндров работает в двигателе, тем меньше расход топлива. Естественно, что двигатель V8 намного прожорливее, чем четырехцилиндровый. Также известно, что при эксплуатации автомобиля большую часть времени люди используют машину в городе. Логично, что если автомобиль оснащен 8- или 6-цилиндровыми моторами, то при поездках в городе все цилиндры в двигателе в принципе не нужны. Но как можно просто превратить 8-цилиндровый мотор в четырехцилиндровый, когда вам не требуется задействовать для мощности все цилиндры? На этот вопрос в 1981 году решила ответить компания Cadillac, которая представила двигатель с системой дезактивации цилиндров 8-6-4. Этот мотор использовал электромагнитные управляемые соленоиды для закрытия клапанов на двух или четырех цилиндрах двигателя.

Эта технология должна была повысить эффективность двигателя, например, при движении по шоссе. Но последующая ненадежность и неуклюжесть этого мотора с системой дезактивации цилиндров напугала всех автопроизводителей, которые в течение 20 лет боялись использовать эту систему в своих моторах.

Но теперь эта система снова начинает завоевывать автомир. Сегодня уже несколько автопроизводителей используют эту систему на своих серийных автомобилях. Причем технология зарекомендовала себя очень и очень хорошо. Самое интересное, что эта система продолжает развиваться. Например, уже скоро эта технология может появиться на четырехцилиндровых и даже на трехцилиндровых моторах. Это фантастика!

2012 год: двигатель с высокой степенью сжатия – воспламенение бензина от сжатия

Наука не стоит на месте. Если бы наука не развивалась, то сегодня мы бы до сих пор жили в Средневековье и верили в колдунов, гадалок и что земля плоская (хотя сегодня все равно есть немало людей, которые верят в подобную чушь).

Не стоит на месте наука и в автопромышленности. Так, в 2012 году в мире появилась очередная прорывная технология, которая, возможно, совсем скоро перевернет весь автомир.

Речь идет о двигателях с высокой степенью сжатия.

Мы знаем, что чем меньше сжимать воздух и топливо внутри двигателя внутреннего сгорания, тем меньше мы получим энергии в тот момент, когда топливная смесь воспламеняется (взрывается). Поэтому автопроизводители всегда старались делать двигатели с немаленькой степенью сжатия.

Но есть проблема: чем выше степень сжатия, тем больше риска самовоспламенения топливной смеси.

Поэтому, как правило, ДВС имеют определенные рамки в степени сжатия, которая на протяжении всей истории автопромышленности была неизменяемой. Да, каждый двигатель имеет свою степень сжатия. Но она не меняется.

В 1970-х годах в мире был распространен неэтилированный бензин, который при сгорании дает огромное количество смога. Чтобы как-то справиться с ужасной экологичностью, автопроизводители начали использовать V8 моторы с низким коэффициентом сжатия. Это позволило снизить риск самовоспламенения топлива низкого качества в двигателях, а также повысить их надежность. Дело в том, что при самовоспламенении топлива двигатель может получить непоправимый урон.

Но затем при массовом появлении электронного впрыска автопроизводители с помощью компьютера стали применять различные настройки, автоматически регулирующие качество топливной смеси, что позволило существенно улучшить экономичность двигателей и снизить уровень вредных веществ в выхлопе. Но главное, что удалось сделать с помощью компьютерных настроек и регулировки топливной смеси, – это снизить до минимума риск самовоспламенения топлива. В итоге со временем стало невыгодно использовать большие мощные моторы с низкой степенью сжатия. Так автопромышленность ввела новую моду – уменьшение количества цилиндров. Чтобы сохранить мощность в моторах, автопроизводители стали использовать турбины. Но главное – благодаря электронике, которая управляет качеством топливной смеси, автопроизводители снова могут создавать моторы с большой степенью сжатия, не опасаясь самовоспламенения топлива.

Но в 2012 году компания Mazda удивила весь мир, представив фантастический мотор SKYACTIV-G, который имеет невероятно высокий коэффициент сжатия для серийного двигателя. Степень сжатия этого мотора составляет 14:1. Это позволяет мотору извлекать энергию почти из каждой капли бензина без образования смога.

Следующим шагом для Mazda стал новый мотор SKYACTIV-X, который использует контролируемое зажигание (система SPCCI). Благодаря этой системе появилась возможность воспламенять бензин практически за счет одного только сжатия. То есть как в дизельных моторах. Также в двигателях SKYACTIV-X есть возможность воспламенять топливо обычным образом. Причем электроника автоматически выбирает, как выгоднее воспламенять бензин в камере сгорания. Все зависит от потребностей водителя и условий движения.

Например, если вам нужна сила (крутящий момент), то двигатель SKYACTIV-X будет воспламенять топливо от силы сжатия (почти как дизель). Если вам нужна мощность, то мотор с высокой степенью сжатия будет воспламенять топливо обычным образом. Причем реально для придания мощности будет использована последняя капля бензина.

Даже спустя столетие и даже с появлением альтернативных видов топлива, а также с появлением электрокаров двигатели внутреннего сгорания остаются главными силовыми агрегатами в автопромышленности. И несмотря на то что многие эксперты считают, что ДВС изжил себя и в скором времени должен исчезнуть из автомира, нам кажется, что двигатель внутреннего сгорания еще не развился до конца. Также мы считаем, что мир в ближайшие 100 лет все равно не будет готов полностью отказаться от ДВС, работающих на бензине.

И кто его знает, что нам подготовят автомобильные компании в ближайшем будущем. Ведь их инженеры не зря получают бутерброды с черной икрой. Вполне возможно, что уже скоро очередной автопроизводитель удивит нас какой-нибудь новой технологией в ДВС.

Где применяется

4-х тактные моторы применяются в нашей повседневной жизни очень широко. Их мощность напрямую зависит от объема и количества цилиндров. Устанавливают ДВС в автомобилях и самолетах, тракторах и тепловозах. Применяются они также на судах морского и речного флота.

На 4-х тактные силовые агрегаты обратили внимание и энергетики. Используют их для питания стационарных и аварийных электрогенераторов, установленных в местах, где линии электропередач подвести невозможно или экономически нецелесообразно. Кроме того, такие генераторы устанавливают на объектах, где отключение подачи электроэнергии невозможно (больницы, банки, воинские части и пр.)

Кроме того, такие генераторы устанавливают на объектах, где отключение подачи электроэнергии невозможно (больницы, банки, воинские части и пр.).

Обслуживание

В данную группу входит не только замена моторного масла, но и регулировка клапанов.

Первым делом стоит сказать про ВАЗ 2112 замена масла которого должна выполняться каждые 15 000 километров пробега. Конечно, если вы замените его чуть раньше или чуть позже, то ничего страшного. Главное, не забывать про это дело, чтобы двигатель 2112 не голодал и не выходил из строя.

Замена масла

Для замены потребуется немного инструментов и специальная емкость для старого масла.

Порядок действий при сливе старого масла:

Открутить специальную пробку, которая расположена под силовым агрегатом

Для этого можно использовать ключ на 17 или просто руки.
Сливать нужно очень осторожно, чтобы масло не попало на пол и вашу кожу, так как оно очень горячее. В случае неосторожности можно получить серьёзный ожог и другие неприятности.
После откручивания следует протереть поддон картера и сам 2112 двигатель

Это нужно для того, чтобы все было чисто. Заворачиваем пробку и идем дальше.
Отворачиваем масляный фильтр, расположенный под капотом автомобиля. Это действие следует проделывать при помощи специальной отвертки или съемника.
После этого можно промазать прокладку нового фильтра маслом и завернуть последний на штуцер. Нужно очень внимательно следить за прикладываемой силой, чтобы не повредить резьбу.

Порядок действий при заливке:

Снимаем крышку с заливной горловины;
Берем качественное масло и заливаем его в количестве 3,4 литра. Следует очень внимательно следить за уровнем, чтобы двигатель ВАЗ 21128 получил свое количество специальной жидкости;
После всего этого можно завести силовой агрегат и дать ему поработать в течение нескольких минут. Это нужно для того, чтобы масло прошло по всем системам и создало защитную пленку. Далее заглушаем агрегат и проверяем уровень масла.
Если необходимо долить, то доливаем;
Также следует посмотреть на приборную панель. Если двигатель ВАЗ 21128 работает стабильно, то на ней не должно гореть лампочки check engine.

Регулировка клапанов

Теперь можно перейти к самому сложному и интересному. Дело в том, что регулирование 16 клапанного агрегата дело не самое простое, нужен специальный опыт.

Первым делом разберем технологию с применением прибора:

Следует открыть крышку клапанного механизма и снять кожух с ремня газораспределительного механизма;
Установить специальный прибор, предназначенный урегулировать 8 и 16 клапанный механизм;
Выставить необходимые метки на коленвале и распредвале. Это нужно для того, чтобы правильно отрегулировать клапана. Проверяем натяжение ремня ГРМ. В случае необходимости затягиваем его и проворачиваем распределительный вал на несколько зубьев по часовой стрелке;
Проверяем зазор при помощи щупа;
Отворачиваем шайбу и смотрим, что на ней обозначено. Далее покупаем готовый комплект шайб и устанавливаем их вместо старой.

Без прибора:

Первым делом необходимо снять крышку клапанов;
Поднять одно из колес при помощи домкрата;
Определяем, где находятся впускные и выпускные клапаны;
Поворачиваем колесо до тех пор, пока одно из колен коленчатого вала не окажется сверху. Замеряем зазор первого клапана;
Далее нужно просчитать, какая шайба понадобится в данном случае. Данное действие необходимо и тогда, когда будут делать тюнинг двигателя ВАЗ 2112.

Просчитывать толщину шайбы можно по специальной формуле:

Н = В+(А–С), мм,
где А – замеренный зазор;
В – толщина снятой шайбы;
С – номинальный зазор;
Н – толщина новой шайбы.

Вот таблица, которая поможет в регулировке клапанов ВАЗ 2112 тюнинг двигателя:

УГОЛ, НА КОТОРЫЙ СЛЕДУЕТ ПОВОРАЧИВАТЬ КОЛЕНВАЛ	КУЛАЧКИ
	ВЫПУСКНОЙ	ВПУСКНОЙ
40-50	1	3
220-230	5	8
400-410	8	6
580-590	4	7

Все это позволяет избавиться от троения силового агрегата.

❶ Как перебрать движок

Вам понадобится

— набор ключей и головок;
— ветошь;
— комплект прокладок;
— сальники;
— шомпол.
— маркер.

Инструкция

Если вы слышите слабый стук или даже посвистывание в авто – это знак, что пора заняться ремонтом двигателя. Снимите мотор, очистите его от грязи.

Начинайте разбирать двигатель. При этом отмечайте на деталях маркером очередность, чтобы потом все поставить на свое место. Сначала снимите генератор, ремень, помпу.

Затем снимите головку блока цилиндров, для чего открутите гайки. Посмотрите на гильзы: если они не требуют замены, зафиксируйте их гайками, чтобы они не сдвинулись со своего места.

Далее снимите стартер и ступицу коленвала. Переверните двигатель и снимите поддон картера.

Проверьте сальник, который, как правило, запрессован в крышку. Эту деталь понадобится заменить, если имела место утечка масла.

Проверьте люфт распредвала. Он может немного качаться вперед-назад, но вверх-вниз люфта быть не должно. Если же распредвал все-таки сильно ходит вверх-вниз, понадобится установка регулировочных шайб.

Аналогичным образом проверьте коленвал. Если вы заметили значительный люфт, поменяйте упорные шайбы.

Выньте коленвал, открутив все гайки. Кстати, все крепежные детали протирайте ветошью. Затем можете достать поршни, которые не забудьте пометить, чтобы потом не перепутать место установки.

Затем снимите бензонасос, толкатели, картер сцепления, достаньте масляные датчики. Не трогайте лишь переходник маслофильтра.

Прочистите масляную магистраль с помощью шомпола.

Разобрав мотор, следует проверить состояние всех деталей. Сделать это можно следующим образом. Разберите блок цилиндров, после чего налейте немного бензина именно в то место, где расположены поршни. Оставьте все в таком виде по возможности на один день. По прошествии указанного времени осмотрите поршни. В случае если убавился бензин в клапанах, можно проводить осмотр далее.

В обязательном порядке произведите замену прокладок блока цилиндра, зазоров, жидкости, шатунные, коренные вкладыши и ремни, — все нужно тщательно проверить.

Зачастую давление из поршневого пространства сбрасывается не в полной мере, из-за чего отовсюду может давить масло. В обязательном порядке прочистите систему сапуна, чтобы избежать накопления «гуталина». Чтобы двигатель брал меньше масла, стоит протянуть поддон, поменять колпачки.

Тщательно осмотрев мотор, его комплектующие, соберите его в обратном порядке — согласно отметкам на деталях.

Видео по теме

Обратите внимание

Помните, ремонт двигателя – это требующий особого внимания процесс, в котором нет места для мелочей, а выполнить его по силам только человеку с соответствующими умениями, знаниями и опытом. Чтобы профессионально перебрать движок авто следует обратиться только в специализированный автосервис.

Полезный совет

Перепроверьте, все ли поставили на место, закрыли ли двигатель, все ли болты на месте — при элементарном упущении одной мелочи двигатель может пострадать, так как все крепежи помогают сохранить технические узлы в целости. Кроме того, желательно разбирать мотор с помощником — иногда приходится агрегат переворачивать, и сделать это самостоятельно очень сложно.

Перебрать двигатель самостоятельно в 2017

www.kakprosto.ru

Что такое ДВС?

ДВС (двигатель внутреннего сгорания) – один из самых популярных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри него самого – во внутренней камере. Дополнительные внешние носители не требуются.

ДВС работает, благодаря физическому эффекту теплового расширения газов. Горючая смесь в момент воспламенения смеси увеличивается в объёме, и освобождается энергия.

Вне зависимости от того, о каком из ДВС идёт речь – о ДВС с искровым зажиганием – двигателе Отто (это, прежде всего, инжекторный и карбюраторный бензиновые двигатели) или о ДВС с воспламенением от сжатия (дизельный мотор, дизель) сила давления газов воздействует на поршень ДВС. Без поршня сложно представить большинство современных ДВС. В том числе, он есть даже у комбинированного ДВС. Только в последнем, кроме поршня, мотору работать помогает ещё и лопаточное оборудование (компрессоры, турбины).

Бензиновые, дизельные поршневые ДВС – это двигатели, с которыми мы активно встречаемся на любом транспорте, в том числе легковом, а ДВС, работающие не только за счёт поршня, но и за счёт компрессора, турбины – это решения, без которых сложно представить современные суда, тепловозы, автотракторную технику, самосвалы высокой грузоподъёмности, т.е. транспорт, где нужны двигатели средней (> 5 кВт) или высокой мощности (> 100 кВт).

Без двигателя внутреннего сгорания невозможно представить движение практически любого транспорта (кроме электрического) – автомобилей, мотоциклов, самолётов.

Несмотря на то, что технологии, в том числе, в транспортной сфере, развиваются семимильными шагами, ДВС на авто человечество будет устанавливать еще долго. Даже концерн Volkswagen, который, как известно, готовит масштабную программу электрификации модельного ряда своих двигателей, пока не спешит отказываться от ДВС. Открытой является информация, что автомобили с ДВС будут выпускаться не только в ближайшие 5, но и 30 лет. Да, время разработок новых ДВС у концерна уже подходит к финальной стадии, но производство никто сворачивать не будет. Нынешние актуальные разработки будут использоваться и впредь. Некоторые же концерны по производству авто и вовсе не спешат переходить на электромоторы. Это можно обосновать и экономически, и технически. Именно ДВС из всех моторов одни из наиболее надежных и при этом дешёвых, а постоянное совершенствование моделей ДВС позволяет говорить об уверенном прогрессе инженеров, улучшении эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания и минимизации их негативного влияния на атмосферу. Современные дизельные двигатели внутреннего сгорания позволяют снизить расход топлива на 25-30 %. Лучше всего такое уменьшение расхода топлива смогли достигнуть производители дизельных ДВС. Но и производители бензиновых двигателей внутреннего сгорания активно удивляют. Ещё в 2012-м году назад американский концерн Transonic Combustion (разработчик так называемых сверхкритических систем впрыска топлива) впечатлил решением TSCiTM. Благодаря новому подходу к конструкции топливного насоса и инжекторам, бензиновый двигатель стал существенно экономичней. Большие ставки на ДВС делает и концерн Mazda

Он акцентирует внимание на изменении конструкции выпускной системы. Благодаря ей улучшена продувка газов, повышена степень их сжатия, а, вместе с тем, снижены и обороты (причём сразу на 15%)

А это и экономия расхода топлива, и уменьшение вредных выбросов – несмотря на то, что речь идёт о бензиновом двигателе, а не о дизеле.

Капитальный ремонт, что говорит о необходимости капитального ремонта двигателя

О том, что двигатель вашего транспортного средства нуждается в капитальном ремонте, вам могут подсказать детали цилиндров. Это заметно по более сильной потребности автомобиля в масле — расход составляет более одного литра на одну тысячу километров.

О чем говорит цвет выхлопных газов

Явным признаком расстройства мотора является наличие характерного сизого дыма из выхлопной трубы. Однако, при появлении данных симптомов, не стоит поспешно делать выводы.

Утечка масла

К примеру, большой расход масла может свидетельствовать о потере своей эластичности маслосъемных колпачков.

Изучите нашу статью о замене маслосъемных колпачков. 3drive создал полную и максимально понятную инструкцию об этой процедуре.

Полагаем даже неопытным автомобилистам приблизительно понятно к чему это может привести:

повышенный расход масла (оно просто сгорает вместе с топливной смесью);
неэффективность работы двигателя (масло + топливо + воздух не дает ожидаемого от мотора КПД);
разрушение цилиндропоршневой группы (причем хорошо, если дело решится разрывом колец, зачастую могут прогореть поршни и тогда траты будут в десятки раз превышать профилактические).

Из-за высокой температуры (а двигатель во время работы разогревается до очень больших температур) резина из которой изготовлены сальники затвердевает, деталь теряет упругость, становится жесткой и прекращает плотно облегать клапанный штоки. Из-за этого масло попадает внутрь.

Следует выделить кривошипно-шатунный механизм — возможен характерный стук, говорящий о сложном повреждении подшипников, вкладышей коленчатого вала и других составляющих скольжения. Диагностировать стук можно при помощи стетоскопа, а давление в цилиндрах поможет определить манометр. Серьезными признаками для того, что в ближайшее время будет необходим капитальный ремонт мотора, могут послужить такие симптомы — подъем расхода топлива, потеря мощности, усиление шума движка.

Если вы обнаружили у своей машины основное число перечисленных выше признаков, то, скорее всего, вам не избежать «капиталки». Однако для более точной убежденности, требуется капитальный ремонт движка или нет, лучше все же обратиться на специальную станцию технического обслуживания, где проверят степень износа всех элементов мотора. При данной проверке на станциях используют специальные устройства — нутромеры, стрелочные индикаторы, микрометры, измерительные скобы. С помощью этих приборов можно точно определить потребность мотора в ремонте.