05.08.2021

Принцип работы двигателя

Устройство двигателя автомобиля важно знать не только механикам и диагностам, но и просто владельцам авто для того, чтобы своевременно определять возможные неполадки.

Именно двигатель отвечает на обеспечение транспортного средства энергией, которая нужна для движения. Чаще всего механизм запуска возможен за счёт применения бензина или дизеля (дизельного топлива). Сгораемое внутри мотора, оно продуцирует тепло, и это приводит к увеличению температуры газов внутри цилиндра двигателя, а также росту давления газов. Подвижные части под их влиянием вступают в работу, и тепловая энергия преобразуется в механическую.

В случае неисправностей двигателя важно незамедлительно обнаружить причину и при необходимости провести ремонт. Это стоит доверить специалисту.

Виды и устройство

Двигатель внутреннего сгорания — это достаточно сложная конструкция. Существуют двух- и четырехтактные моторы. Наиболее распространены 4-тактные модели в автомобилях. Двухтактники также могут использоваться в транспорте, но чаще их используют для некоторых видов водных или даже воздушных судов. Двухтактные моторы применяют также в мотокосах, бензопилах и другом строительном бензоинструменте.

Конструкторы придумали большое количество устройств, которые можно назвать двигателями внутреннего сгорания. Мы поговорим о наиболее распространенных вариантах.

Рассмотрим 4-тактный мотор. Чтобы понять, как он работает, разберемся, из чего он состоит:

• цилиндры, в которых располагаются поршни;
• коленчатый вал;
• газораспределительный механизм.

Сюда же можно добавить системы зажигания, подачи топлива и отвода отработанных газов, а также смазки и охлаждения двигателя.

Классифицируют устройства таким образом:

1. По количеству цилиндров.
2. По расположению цилиндров.
3. По виду топлива.

Цилиндров, как правило, бывает от одного до шести. В более мощных авто могут использоваться 8, 12 или 16 цилиндров.

В рядном двигателе цилиндры на коленчатом валу находятся один за другим в ряд. Повысить мощность без существенного изменения размеров можно, если удвоить их количества. При этом один ряд поршней располагается относительно второго ряда под углом 90 градусов. Такой тип называют V-образным.

Также существует и оппозитный тип мотора, когда два ряда поршней располагаются под углом 180 градусов. Такие двигатели, например, используются в автомобилях Subaru. Благодаря особенностям расположения цилиндров автомобиль получает более низкий центр тяжести и вибрацию при работе, а также небольшую. высоту капота.

ДВС, как известно, может работать на бензине и дизтопливе. Отличие заключается в том, что в бензиновом моторе топливо подается смешанное с воздухом и зажигается с помощью искры от свечи. У дизельного мотора топливо и воздух подаются раздельно, а воспламенение происходит из-за высокой температуры сжатого газа. Вместо бензина в ДВС со смешанным топливом может быть применен газ, например, метан.

В одной модели автомобиля может использоваться целая линейка двигателей с разными характеристиками — в данном случае выбор делает покупатель. Например, в популярной BMW 5-й серии (Е60) может использоваться рядный 4-цилиндровый дизельный двигатель (M47), рядный 6-цилиндровый турбодизель (М57) или 10-цилиндровый бензиновый V-образник (S85).

Как работает двигатель

В устройстве ДВС поршень является основным элементом всего рабочего процесса. Он выглядит как металлический пустотелый стакан, расположенный сферическим дном (головкой) вверх. Направляющая часть, которую также называют юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец.

Назначение поршневых колец – обеспечивать, в первую очередь, герметичность надпоршневого пространства, где при работе происходит сгорание бензиново-воздушной смеси. Важно, чтобы образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца не позволяют маслу попадать в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне работают в качестве уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называют маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сдавливается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания. Отметим, что в дизеле происходит самовоспламенение смеси из-за резкого сжатия. Образующиеся газы сгорания обладают существенно большим объемом, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, они резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива превращается в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня.

После этого необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это таким образом: внутри юбки находится палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна. А последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал вращается на опорных подшипниках, которые расположены в картере ДВС. При движении поршня шатун начинает двигать коленвал, а крутящий момент с него передается на трансмиссию, а далее через систему шестерен на ведущие колеса автомобиля.

При движении вверх-вниз у поршня может быть два положения, которые называются мертвыми точками:

1. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и самого поршня вверх, после которого он начинает движение вниз.
2. Нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение, после которого вектор направления меняется, и он устремляется вверх.

Расстояние между ВМТ и НМТ называют ходом поршня. Объем верхней части цилиндра при положении в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении в НМТ называют полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания называется рабочим объемом цилиндра.

Суммарный рабочий объем всех цилиндров ДВС указывается в технических характеристиках двигателя. Он выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом.

Еще одной важной характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), которая определяется как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, как и объем ДВС, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что и влияет на токсичность выбросов при его работе.

Мощность имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Чтобы перевести эти единицы одна в другую, используют коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.

Рабочий цикл четырехтактного ДВС характеризуется двумя оборотами коленчатого вала – по половине оборота на такт, который соответствует одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе возможна неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и после этого. Чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливают массивный диск-маховик с большой инерционностью. Благодаря этому момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Если в двигателе используется сразу несколько цилиндров, движение их поршней находится под управлением газораспределительного механизма таким образом, чтобы цилиндры одновременно находились на нескольких тактах. Систем управления газораспределением бывает несколько − от механических распредвалов до электронных процессоров.

Все движимые детали в обязательном порядке должны охлаждаться и смазываться. Температура в момент детонации достигает нескольких тысяч градусов. Охлаждение в большинстве случаев производится с помощью жидкости, которая отбирает тепло у деталей. Далее она сама должна охладиться и опять вернуться в мотор. Превышение допустимых температур способно привести к практически моментальному разрушению всего устройства.

В легковых автомобилях количество оборотов коленвала может быть вплоть до восьми тысяч в минуту. Для того, чтобы минимизировать механический износ, система смазки должна работать безотказно. Поэтому необходимо следить за уровнем моторного масла и работоспособностью масляного насоса. Системы смазки и охлаждения могут страдать из-за загрязнения, и это ведет к сужению или полному перекрытию каналов движения жидкостей.

Поэтому столь важно регулярно проводить диагностику автомобиля у специалистов, а при необходимости проводить своевременное устранение неполадок.