Устройство двигателя

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.

  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.

Недостатки ДВС

При использовании двигателя внутреннего сгорания нельзя организовать работу оборудования по замкнутому циклу, а, значит, организовать работу в условиях, когда давление существенно превышает атмосферное.

Большинство ДВС работает за счёт использования невозобновляемых ресурсов (бензина, газа). И исключение – машины, работающие на биогазе, этиловом спирте (на практике встречается редко, так как при использовании такого топлива невозможно добиться высоких мощностей и скоростей).

Существует тесная зависимость работы ДВС от качества топлива. Оно должно обладать определённым определенным цетановым и октановым числами (характеристиками воспламеняемости дизельного топлива, определяющими период задержки горения рабочей смеси и детонационной стойкости топлива), плотностью, испаряемостью.

Автомеханики называют ДВС сердцем авто, инженеры модернизируют ГРМ, а производители бензина не беспокояться о том, что все перейдут на электротранспорт.

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В данном разделе рассматривается принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Главная часть двигателя внутреннего сгорания — это цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью. Сверху на цилиндре установлена головка, которая является отдельной деталью и при необходимости снимается, например чтобы получить доступ к двигателю для проведения ремонтных работ (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Двигатель со снятой головкой блока цилиндров.

Внутри цилиндра находится поршень. Внешне он напоминает обычный стакан, который перевернут вверх дном (именно дно поршня является его рабочей поверхностью). В процессе работы двигателя поршень внутри цилиндра перемещается вертикально вверх- вниз с высокой интенсивностью.

Снаружи по окружности поршня в отдельных канавках расположены поршневые кольца. Поршень прилегает к внутренней поверхности цилиндра неплотно. Поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, во- вторых, не пропускают моторное масло в камеру сгорания, которая находится над поршнем и расположена над верхней мертвой точкой (о том, что это такое, рассказывается далее).

Поршень закреплен на шатуне с помощью специальной детали, которая называется поршневым пальцем. В свою очередь, шатун закреплен на коленчатом валу двигателя, а точнее — на кривошипе коленчатого вала (рис. 1.3). При сгорании рабочей смеси образующиеся газы оказывают сильное давление на поршень, который начинает двигаться вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, что в результате вынуждает его вращаться.

Рис. 1.3. Поршень с шатуном.

На конце коленчатого вала имеется тяжелый металлический диск с зубьями, который называется маховиком. Основная его задача — обеспечить вращение коленчатого вала по инерции, что необходимо для подготовительных тактов рабочего цикла (о том, что такое «такты» и «рабочий цикл», будет рассказано далее).

Горючая смесь поступает в камеру сгорания через впускной клапан, а после сгорания продукты горения, которые представляют собой выхлопные газы, выходят из камеры сгорания через выпускной клапан. Оба клапана открываются в тот момент, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала. Как только кулачок отходит назад (это происходит очень быстро, так как распределительный вал вращается с высокой скоростью), клапаны вновь плотно закрываются: их возвращают в исходное положение мощные пружины.

Примечание.

Распределительный вал двигателя приводится в действие коленчатым валом.

Свеча вкручивается непосредственно в головку блока цилиндров: для этого специально предназначено отверстие с резьбой. Свеча является источником искры, которая проскакивает между ее электродами, от нее в камере сгорания воспламеняется рабочая смесь. На каждый цилиндр двигателя приходится одна свеча (следовательно, у четырехцилиндрового двигателя имеется четыре свечи, у восьми-цилиндрового — восемь и т. д.).

При движении вверх-вниз поршень поочередно достигает двух крайних положений — верхнего и нижнего: в них он максимально удален от центральной оси коленчатого вала. Верхнее крайнее положение поршня называется верхней мертвой точкой, а нижнее — нижней мертвой точкой (соответственно ВМТ и НМТ). Расстояние между ВМТ и НМТ называется ходом поршня.

Пространство, которое остается над поршнем при его нахождении в ВМТ, называется камерой сгорания. Именно здесь воспламеняется и сгорает рабочая смесь. При этом возникает своеобразный «мини-взрыв», который сопровождается резким и сильным повышением давления, под воздействием которого поршень начинает двигаться вниз. Как раз в этот момент тепловая энергия превращается в механическую. При вертикальном движении вниз поршень через шатун толкает коленчатый вал, заставляя его вращаться. Образовавшийся крутящий момент передается на ведущие колеса автомобиля, которые и приводят машину в движение.

Объем в промежутке между ВМТ и НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Если суммировать объем камеры сгорания (как указывалось, так называется пространство над ВМТ) и рабочий объем цилиндра, получится полный объем цилиндра. Сумма полных объемов всех цилиндров называется рабочим объемом двигателя.

По такому принципу работает двигатель внутреннего сгорания современного автомобиля. Далее рассмотрено, что представляет собой рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания.

Краткий обзор важных систем и агрегатов устройства авто

Итак, согласно схеме общего устройства машины, она работает следующим образом.

Благодаря кузову все узлы устройства собраны вместе. Системы работают синхронно и слаженно. За запуск двигателя отвечает аккумулятор. Последний выдает искру, из-за которой воспламеняется бензин в камере сгорания. Детонация запускает движение поршней в моторе. Двигатель, с помощью трансмиссии (если максимально просто, это сила, которая крутит колеса) передает энергию на колеса. За плавность и исправность хода отвечает ходовка. Машина едет или останавливается. Эти процессы контролируются педалями «газ» и «тормоз». В автомобилях с механической коробкой передач есть еще педаль «сцепление» (об этом чуть ниже). Чтобы работали все лампочки и датчики, а также исправно функционировал бортовой компьютер, генератор вырабатывает ток.

Водитель, сидя за рулем в комфортабельном салоне, не видит и не ощущает всю сложность технического устройства автомобиля. Он лишь поворачивает ключ в замке, переключает рычаг коробки, давит педали, крутит руль, да жмет кнопочки на панели. Ну, и контролирует уровень топлива в баке. Сказка, да и только!

Однако, все же, если он хочет понимать устройство автомобиля, хотя бы на уровне «для начинающих», должен разбираться еще в некоторых механизмах.

Важным элементом схемы и устройства автомобиля является движок (или мотор). Они бывают внутреннего сгорания (на бензине или газе) и электрические. Первые подразделяются еще на десяток подвидов, но мы туда углубляться не станем.

Не менее значимой частью управления считается тормозная система. Она бывает стояночная (чтобы фиксировать авто на неровной поверхности) и рабочая (предназначена для временной или полной остановки, а также для снижения скорости движения);

Коробка передач. Речь идет о знакомых каждому водителю терминах «механика» или «автомат», если грамотно – МКПП и АКПП. Еще бывает роботизированная коробка (некий микс первых двух), но она не получила широкого распространения. Автоматом управлять проще, поскольку он сам контролирует скорость и нагрузку на машину, в такой машине нет педали сцепления. В случае же с механикой, водитель, с помощью последнего, самостоятельно переключает скорости, следя за нагрузкой на авто.

Что такое сцепление? Как работает данный элемент устройства? Вы когда-нибудь задумывались, почему, когда мы заводим тачку, она сразу не едет. Почему при заведенном двигателе она стоит на месте, пока мы не переключим скорость и не нажмем на педаль газа (тормоза и сцепления, потом газа при МКПП)? Сейчас попробуем объяснить:

  1. Силовой агрегат (движок) авто оснащен маховиком и коленвалом. На самом деле, там внутри сложная система шестеренок, валов и зубьев, но чтобы углубиться в детали этой конструкции, нужно обладать хотя бы минимальным запасом специальных знаний. А потому, мы стараемся объяснять проще.
  2. Со стороны маховика к мотору прикреплена коробка передач со сцеплением.
  3. Завод автомобиля происходит на «нейтралке» (нейтральная передача), при которой зубья коленчатого вала выведены из зацепления. Другими словами, вал коробки вращается вхолостую, крутящая сила, пока, не передается на колеса.
  4. Чтобы начать двигаться, нужно выжать сцепление. Оно спровоцирует плавное сочленение шестеренок маховика с трансмиссией. Далее, следует включить первую скорость. Начнется движение всего механизма, можно жать педаль газа. В автомобилях с АКПП весь этот процесс выполняется автоматически, без участия водителя.

Ну что же, мы разобрали базовые элементы конструкции и устройства современного автомобиля, постарались объяснить все максимально доступно и просто. Теперь вы понимаете, каким образом тачка едет, почему работает двигатель, за что отвечает тот или иной агрегат.

Мало кто поспорит, управлять современной машиной, да еще с АКПП – одно удовольствие. Но это – только если соблюдать рекомендации по уходу, относиться к авто бережно, вовремя проходить ТО и реагировать на малейшие неисправности.

Блок цилиндров

Для разборки блока цилиндров со вставными гильзами цилиндров нужно двигатель, установленный на стенде, повернуть картером вниз, установить поочередно на гильзы цилиндров съемник и снять их. Затем следует снять с гильз у плотни тельные кольца и отправить блок на мойку. Для очистки масляных каналов блока требуется вывернуть торцовые пробки продольной масляной магистрали блока и смазочных каналов толкателей.

Проверка герметичности системы охлаждения блока цилиндров при необходимости проводится водой под давлением 0,3 МПа

При испытании следует обратить особое внимание на отсутствие течи через уплотнения в зазоре между нижней частью гильзы и блоком цилиндров

Обкатка и испытания

Финальным этапом капитального ремонта двигателя становиться его обкатка и испытание. Лучший способ обкатать двигатель — это комбинированный, о котором мы писали в одной из статей. Для наиболее эффективной работы силового агрегата, необходимо его обкатывать, как на горячую, так и на холодную.

Во многих иностранных странах, помимо обкаточного стенда, существует испытательный стенд, который при помощи большого количества датчиков и показателей проводит испытание двигателя и определения ресурса после проведения ремонтно-восстановительных работ. К сожалению, на территории СНГ таких стендов нет, поскольку считается, что их использование экономически нецелесообразно.

Мотор Стирлинга из консервной банки

Для его изготовления вам понадобятся подручные материалы: банка из под консервов, небольшой кусок поролона, CD-диск, два болтика и скрепки.

Поролон – одни из самых распространенных материалов, которые используются при изготовлении моторов Стирлинга. Из него делается вытеснитель двигателя. Из куска нашего поролона вырезаем круг, диаметр его делаем на два миллиметров меньше внутреннего диаметра банки, а высоту немного больше ее половины.

Поролоновый круг из поролона пронизываем посередине винтиком и застопориваем его шайбой сверху и снизу шайбой и гайкой. После этого присоединяем путем пайки отрезок скрепки, предварительно распрямив ее.

Теперь втыкаем вытеснитель в сделанное заранее отверстие в крышке и герметично пайкой соединяем крышку и банку. На конце скрепки делаем небольшую петельку, а в крышке просверливаем еще одно отверстие, но чуть-чуть больше, чем первое.

Из жести делаем цилиндр, используя пайку.

Присоединяем с помощью паяльника готовый цилиндр к банке, так, чтобы не осталось щелей в месте пайки.

Из скрепки изготавливаем коленвал. Разнос колен нужно сделать в 90 градусов. Колено, которое будет над цилиндром по высоте на 1-2 мм больше другого.

Шатун который нужно будет приделать к мембране, изготавливаем из скрепки и вставляем его в обрезок резины. По длине шатун нужно сделать таким, чтобы в нижней мертвой точке вала мембрана была втянута внутрь цилиндра, а в высшей – напротив – вытянута. Второй шатун настраиваем так же.

Шатун с резиной приклеиваем к мембране, а другой присоединяем к вытеснителю.

Какой пробег двигателя до капитального ремонта

Ресурс по пробегу для средненьких автомобилях считается около 200 тыс. км., после прохождения которого уменьшаются его характеристики и пора делать капиталку. Есть автомобили с ресурсом 1 млн. км (называют двигатели миллионники), хотя сейчас ходят слухи, что ресурс новых дорогих автомобилей, которые раньше были миллионниками, сейчас имеют намного меньший ресурс. Чем чаще ремонтируют автомобиль, тем выгоднее по финансам авто производителям и магазинам автозапчастей, но тем самым портится репутация марки или конкретной модели авто.

Автоваз изготовитель установил средний пробег для автомобилей Ваз 2114 = 150 тыс. км. Такие же показатели имеют, в среднем все российские авто. Но, если вовремя устранять различные неполадки, ресурс моторов легко выдерживает 250 тыс. км. Ресурс моторов иномарок, в среднем, 200 000 — 300 000 км до капремонта.

Базовые части двигателя

Чтобы хорошо понимать устройство двигателя автомобиля, важно разбираться, что из себя представляет блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун. Металлическую основу мотора, остов называют блоком

Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем

Металлическую основу мотора, остов называют блоком. Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем.

Иногда можно встретиться с термином «блок», иногда – с терминами «блок двигателя», «блок цилиндров». Всё это одно и тоже. Блок двигателя берёт на себя серьёзные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть предельно высок

Огромное внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки

Раньше блоки изготавливали из перлитного чугуна с легирующими добавками. Популярность чугуна при изготовлении блоков легко объяснима тем, что материал износостоек, стабилен по своим свойствам, малочувствителен к перегреву, адаптивен к ремонту. Сейчас некоторые производители также выпускают блоки из алюминиевого, магниевого сплава. В этом случае есть выигрыш, связанный с весом мотора. Это очень актуально для блоков моторов спорткаров.

Цилиндр

Рядом с понятием «блок» стоит понятие «цилиндр». Под цилиндром подразумевается цилиндрическое отверстие, высверленное в блоке. То есть это рабочая камера объёмного вытеснения.

Уплотнение верхней стороны цилиндра обеспечивает головка. Именно в ней находятся:

  • Клапаны. Обеспечивают (в процессе открытия-закрытия) поступление в цилиндр воздуха, топливовоздушной смеси. Также среди функций клапанов обеспечивают очистку камеры сгорания цилиндра от отработавших (выхлопных) газов. Закрытие клапанов и удержание их в таком состоянии обеспечивают клапанные пружины.
  • Распредвалы (элементы привода клапанов). От них зависит то, как открываются клапаны, сколько времени они находятся в открытом состоянии
  • Механизмы привода клапанов. Функция идентична. И, как видно, из названия – это привод клапанов. Но сами механизмы могут быть разными. Всё зависит от мотора: например, бензиновый, дизельный.

Цилиндр играет роль направляющего для поршня.

Поршень, поршневые кольца и шатун

Цилиндрическая деталь или совокупность деталей, которая преобразует энергию горения топливо в механическую энергию, называется поршнем.

В проточках на боковой поверхности поршня вставлены поршневые кольца. Благодаря им между поршнем и стенкой цилиндра создаётся уплотнение. Задача поршневых колец заключается в создании барьера для перетекания из камеры сгорания в картер коленчатого вала газов.

Среди задач поршня:

  • Оказание силового воздействия на шатун.
  • Отвод тепла от камеры сгорания.
  • Герметизация камеры сгорания.

Подвижное соединение между поршнем и коленчатым валом обеспечивает шатун. Именно шатун передаёт силу движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.

Коленчатый вал

Коленчатый вал – это важная составляющая кривошипно-шатунного механизма. Кривошип коленчатого вала создает возвратно-поступательное движение поршня через шатун (подвижный элемент), то есть возвратно-поступательное движение поршня превращается в крутящий момент. Физически коленвал расположен в нижней части двигателя. Снизу коленвал прикрыт картером – самой внушительной неподвижной и полой частью двигателя, закреплённой на блоке сбоку. Визуально картер напоминает поддон.

Система зажигания

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по их системе зажигания. Точка в цикле, в которой воспламеняется смесь топлива и окислителя, оказывает непосредственное влияние на эффективность и производительность ДВС. Для типичного 4-х тактного автомобильного двигателя горючая смесь должна достигать максимального давления, когда коленчатый вал находится под углом 90 градусов после ВМТ (верхней мертвой точки). Скорость фронта пламени напрямую зависит от степени сжатия, температуры топливной смеси и октанового или цетанового числа топлива. Современные системы зажигания предназначены для зажигания смеси в нужное время, чтобы гарантировать, что фронт пламени не соприкасается с нисходящей головкой поршня. Если передняя часть пламени соприкасается с поршнем, это приводит к розовому воздействию или ударам. Смеси Leaner и более низкие давления смеси сгорают медленнее, что требует более точного выбора времени зажигания. Сегодня большинство двигателей используют электрическую или компрессионную систему отопления для зажигания. Однако системы с открытым пламенем и горячими трубами использовались исторически.Никола Тесла получил один из первых патентов на систему механического зажигания с патентом США 609250 «Электрическое зажигание для газовых двигателей» 16 августа 1898 года.

Процесс зажигания двигателя

Немного о контрактных двигателях

В последнее время у капиталки появился достойная альтернатива в виде контрактных моторов. Но далеко не все знают, что это такое. Честно говоря, еще несколько лет назад я сам не особо понимал, о чем идет речь. Но все меняется, появляются новые знания и хорошие знакомые, которые могут подсказать.

Если смотреть на проблему износа двигателя с позиции денег, то контрактный мотор стоит примерно также или может обходиться немного дешевле капиталки. Но помните, что под контрактным силовым агрегатом подразумевается бывший в употреблении мотор, то есть бу. Обращаясь в сомнительные организации, вам могут предложить движок, состояние которого, мягко говоря, не очень. Плюс с законностью приобретения контрактного двигателя могут возникнуть проблемы. Ведь его придется потом заново регистрировать.

То есть я считаю, что выбор в пользу контрактного мотора, а не капитального ремонта, актуален только в нескольких случаях:

  • двигатель на вашей машине восстановить уже невозможно из-за серьезных поломок и крупного ущерба его целостности;
  • требуется максимально быстро поменять силовой агрегат, а капремонт занимает очень много времени;
  • сложно найти подходящие детали для восстановления мотора.

А если вам вдруг предложили якобы отличный контрактный двигатель, да еще и по привлекательной цене, настоятельно советую отказаться. Тот же g16a Escudo от Suzuki никак не может стоить дешево, если он в хорошем состоянии.

Watch this video on YouTube

Надеюсь, этот материал дал вам пищу для размышлений, а также позволил полноценно взглянуть на проблему капитального ремонта силовых установок на автомобилях.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Ремонт авто
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector