Общее устройство и работа двигателя разновидности двигателей

Автомобиль от А до Я: устройство двигателя внутреннего сгорания

Новая рубрика, готовьтесь! Будет много познавательного текста с картинками.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) является сердцем автомобиля. Главная особенность этих двигателей заключается в том, что воспламенение топлива происходит внутри камеры сгорания (КС), а не в сторонних внешних агрегатах.

В процессе работы тепловая энергия, выделяемая, вследствие, сгорания топлива, преобразуется в механическую.

— легкие жидкие (газ, бензин)

— тяжелые жидкие (дизельное топливо)

— Бензиновые двигатели

Бывают двух типов: бензиновые карбюраторные и бензиновые инжекторные.

В первом случае смесеобразование (смешивания топлива с воздухом) происходит в карбюраторе или во впускном коллекторе с помощью форсунок. Далее, смесь попадает в цилиндр, сжимается и поджигается искрой от свечи.

Во втором же случае, топливо впрыскивается во впускной коллектор или в цилиндр с помощью инжекторов (распыляющие форсунки).

— Дизельные двигатели

Специальное дизельное топливо (ДТ) подается в определенный момент (не доходя до мертвых точек) в цилиндр под высоким давлением с помощью форсунки.

Движение поршня сжимает смесь еще сильнее, топливо нагревается, с последующим воспламенением горючей смеси (за счет высокого давления).

Такие двигатели характеризуются малыми оборотами и высоким крутящим моментом.

— Газовые двигатели

В качестве топлива, двигатель использует углеводороды. В основ, такие двигатели работают на пропане, но встречаются и другой газ в качестве топлива.

Главное отличие от других двигателей — высокая степень сжатия. Такие двигатели меньше изнашиваются благодаря тому, что топливо уже подается в газообразном состоянии. Также, экономичность газовых двигателей на лицо — газ дешевле бензина.

Стоит отметить и экологичность — отсутствует дымность двигателя.

— от искры (бензиновые)

— от сжатия (дизельные)

— Рядный двигатель

Наиболее распространенная компоновка, цилиндры расположены в один ряд перпендикулярно коленчатому валу. Такие двигатели просты в конструкции, но при большом количестве цилиндров — увеличивается размер двигателя в длину.

— V-образный

Для уменьшения длины агрегата, цилиндры располагают под углом от 60 до 120 градусов, при этом, продольные оси цилиндров совпадают с продольной осью коленчатого вала.

Двигатель получается довольно небольших размеров в продольном отношении (короткий).

Из минусов: довольно большая ширина двигатели и раздельные головки блока, что приводит к увеличению себестоимости при изготовлении.

— Оппозитный

Горизонтально-оппозитный двигатель имеет меньшие габариты по высоте, что позволит снизить центр тяжести всего автомобиля. Из плюсов можно выделить: компактность, симметричность компоновки.

— VR-образный

За счет 6-ти цилиндров, расположенных под углом 150 градусов, образуется весьма компактный (узкий и короткий) двигатель. А также, этот двигатель имеет всего одну головку блока.

— W-образный

В этих двигателях соединены два ряда цилиндров в VR-исполнении.

Угол расположения цилиндров равен — 150 градусам, а сами ряды — под углом 720 градусов.

Штатный автомобильный двигатель состоит из 2-х механизмов и 5-ти систем.

Системы двигателя

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
2. Система смазки;
3. Система охлаждения;
4. Система подачи топлива;
5. Выхлопная система.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

• Распределительный вал;
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
• Детали привода клапанов;
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

Система смазки

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

• Масляный картер (поддон);
• Насос подачи масла;
• Масляный фильтр с редукционным клапаном;
• Маслопроводы;
• Масляный щуп (индикатор уровня масла);
• Указатель давления в системе;
• Маслоналивная горловина.

Система охлаждения

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

• Рубашка охлаждения двигателя;
• Насос (помпа);
• Термостат;
• Радиатор;
• Вентилятор;
• Расширительный бачок.

Система подачи топлива

Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

• Топливный бак;
• Датчик уровня топлива;
• Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
• Топливные трубопроводы;
• Впускной коллектор;
• Воздушные патрубки;
• Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

Выхлопная система

Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

• Выпускной коллектор;
• Приемная труба глушителя;
• Резонатор;
• Глушитель;
• Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

Устройство автомобиля

Снятие двигателя с автомобиля производится, как правило, при необходимости замены или ремонта деталей кривошипно-шатунного механизма — блока цилиндров, его гильз, деталей поршневой группы (поршневых колец, поршней, поршневых пальцев), при ремонте или земене коленчатого вала и вкладышей его коренных и шатунных подшипников, кроме головки блока цилиндров, крышки головки, поддона масляного картера и их прокладок. Необходимость снятия двигателя с автомобиля для ремонта определяется по результатам проверки его технического состояния.

В связи с тем, что двигатели изучаемых автомобилей конструктивно объединены с коробкой передач и сцеплением в единый силовой агрегат, который крепится к кузову автомобиля на амортизирующих опорах, при необходимости ремонта двигателя обычно удобнее снимать с автомобиля целиком весь силовой агрегат (кроме автомобиля A3ЛK-2141 с двигателем ВАЗ-2106, у которого сначала снимают коробку передач в сборе с картером сцепления, а затем уже снимают непосредственно двигатель).

Для снятия силового агрегата автомобиль устанавливают на смотровую канаву или подъемник и после отсоединения двигателя от кузова вынимают силовой агрегат из моторного отсека вверх с помощью тали или любого другого подъемного устройства грузоподъемностью не менее 200 кгс.

На переднеприводных автомобилях возможно снятие двигателя из моторного отсека вниз. В этом случае используется один подъемник без грузоподъемного устройства, а двигатель после отсоединения его от кузова устанавливается на подведенную под стоящий на подъемнике автомобиль специальную тележку.

В зависимости от компоновки и конструктивных особенностей силовых агрегатов на изучаемых автомобилях последовательность и технология выполнения отдельных работ по их снятию и установке может несколько различаться, однако общий порядок выполнения этих работ примерно одинаков для всех рассматриваемых автомобилей и приводится ниже.

1. Снять капот (капот можно не снимать, если силовой агрегат вынимается вниз).

2. Слить масло из двигателя (см. раздел «Ремонт и техническое обслуживание смазочной системы»).

3. Слить охлаждающую жидкость (см. раздел «Ремонт и техническое обслуживание системы охлаждения»).

4. Отсоединить шланги системы охлаждения двигателя, идущие к радиатору и отопителю.

5. Отсоединить электропровода от аккумуляторной батареи, генератора, стартера, катушки зажигания, ЭПХХ карбюратора, датчиков и выключателей.

6. Отсоединить шланг от вакуумного усилителя тормозов.

7. Отсоединить шланги подачи топлива к топливному насосу и шланг перепуска топлива от карбюратора.

8. Отсоединить приводы воздушной и дроссельной заслонок карбюратора.

9. Отсоединить тросовый привод или рабочий гидроцилиндр сцепления.

10. Отсоединить приемные трубы глушителя.

11. Отсоединить привод передних колес (на переднеприводных автомобилях) или карданную передачу (у автомобилей с классической схемой компоновки) и закрыть отверстие вилки карданного шарнира в коробке передач заглушкой.

12. Отъединить коробку передач от рычага переключения передач и отъединить от нее гибкий вал привода спидометра.

13. Закрепить двигатель на подъемном устройстве.

14. Отвернуть крепления двигателя к кузову.

15. Вынуть двигатель в сборе со сцеплением и коробкой передач.

Установка двигателя на автомобиль производится в порядке, обратном его снятию.

Инвестиционный риск

Классификация

Выяснив принцип работы двс, водитель может приступать к изучению классификации устройства. Каждый производитель старается его по-своему усовершенствовать. Кто-то пытается увеличить мощность, другие — уменьшить выход токсичных веществ в атмосферу, третьи — оптимизировать стоимость. Рассмотрим, какие на сегодняшний день существуют ДВС и по каким критериям их подразделяют.

Тип конструкции

Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на виды по типу конструкции: роторные, поршневые и газовые турбины.

Как работает двигатель внутреннего сгорания роторного типа? На ротор действует давление газов, при этом мотор не имеет ГРМ. Его роль выполняют выпускные (впускные) окна в стенках корпуса по бокам.

Поршневой тип функционирует от поршня, который приводится в действие от сгорающих газов. Поршень толкает коленчатый вал. Что касается газовых турбин, то в ДВС газы на большой скорости влетают на лопатки турбины. Компрессор, установленный в моторе, в свою очередь, предназначается для нагнетания воздуха.

Тип топлива

ДВС функционирует за счет сжигания смеси воздуха с дизелем, газом либо бензином. Если водитель предпочитает газовое топливо, то в его качестве используется сочетание пропана и бутана, сжиженного газа, метана или водорода.

Рабочий цикл

Двигатель внутреннего сгорания имеет рабочий цикл. Он представляет собой последовательность процессов в цилиндрах, которые превращают топливную энергию в механическую.

Существует 2-х тактный и 4-х тактный цикл, каждый из которых работает по своему принципу. В первом случае впуск и сжатие происходят одновременно, а во втором — по четырем тактам (сжатие, впуск, выпуск, рабочий ход).

Нельзя выделить из этих двух ДВС лучший, поскольку 2-х тактный по рабочему циклу является более компактным, а 4-х тактный считается лучше по экономичности.

Работа ГРМ

ГРМ устанавливается по одной из четырех схем, описанных выше по тексту. Каждая компоновка влияет на работу «движка». Помимо этого, приводы клапанов подразделяются по способу регулировки зазоров. Их настройка проводится ручным методом. Для этого меняют в коромыслах винты, либо устанавливают гидрокомпенсаторы для авторегулировки.

Количество цилиндров

Существует одноцилиндровые моторы, которые функционируют не столь равномерно, но это не сильно сказывается на их работе в мопедах и мотоциклах. «Движок» для авто устроен по-другому, здесь требуется более высокая мощность и большой объем цилиндров. В легковые машины по большей части ставят моторы с 4-мя цилиндрами, а в грузовики: 6-ти или 8-ми цилиндровые двигатели. В элитные автомобили марки Ауди могут быть установлены 12-ти цилиндровые «движки».

Расположение цилиндров

Поршневые двигатели подразделяются по схемам блока цилиндров. Они могут быть представлены в виде разного рода конструкций. Их около 5 разновидностей. В зависимости от компоновки под капот мотор ставят под разными углами.

Создание рабочей смеси

Способ смесеобразования — еще один критерий, по которому классифицируются ДВС. Существует внешнее и внутреннее смесеобразование. Первый тип присутствует в карбюраторных моторах, а также в агрегатах с впрыском во впускной коллектор. Второй тип находится в дизельных «движках», а также в бензиновых, имеющих впрыск в камеру сгорания.

Как устроен автомобиль

Каждому владельцу автомобиля нужно хоть в теории знать, как устроен автомобиль. Эти знания позволят раскрыть понимание строения и принцип его функционирования. Любая машина оснащена:

• двигателем;
• кузовом;
• шасси;
• трансмиссией;
• ходовой частью;
• тормозной системой;
• системой управления;
• электрооборудованием.

Рассмотрим каждую составляющую деталь более подробно.

В зависимости от типа авто бывают различные виды кузовов, но при этом совершенно не меняется его функциональная часть. От того, какая конструкционная особенность на него возложена, кузов может быть:

Детали, из которых он состоит, принимают активное участие при использовании машины. Именно в нем размещены:

• салон;
• ходовая часть;
• трансмиссия;
• мотор;
• системы управления;
• генератор и многое другое.

Также, стоит, отметить, что благодаря кузову замыкаются все электрические цепи в «минусе». Еще одна задача, которая решается кузовом автомобиля – безопасность. В случае ДТП или неблагоприятных погодных условий данный элемент позволят защитить всех участников дорожного движения от ударов.

Двигатель – это фактически «сердце» любого автомобиля, ведь благодаря ему автомашина приводится в движение. Наиболее распространенным являются двигатели типа ДВС (внутреннего сгорания), которые используют цилиндры и поршни. При попадании топлива и его сгорании создается мощный поток тепловой энергии. Энергия выбрасывается за пределы автомобиля, по пути придавая вращения коленчатому валу. Это в свою очередь приводит в движение авто.

Трансмиссия и шасси автомобиля

Шасси авто имеет множество различных механизмов, которые должны передавать крутящийся момент непосредственно на колеса. В систему шасси входит также трансмиссия, ходовая часть и системы управления авто. Для эффективной работоспособности автомобиль оснащается коробкой переключения передач. Она может быть как механической, так и автоматической. Благодаря КПП крутящий момент от двигателя передается на низкой или высокой скорости. Важная составляющая трансмиссии – распределительная коробка, которой оснащаются только автомобили с полным приводом. Стоит упомянуть и о наличии дифференциала, который заставляет колеса автомобиля вращаться с разной скоростью на одной оси.

Ни одна трансмиссия не может обойтись без сцепления. Оно выполняет функцию разъединения двигателя и КПП во время переключения передачи без необходимости остановки автомобиля. Как устроено сцепление автомобиля? Оно включает в себя механическую часть и привод. За счет привода обеспечивается исправность машины, и проводятся в действие другие составляющие механизмы. Он может быть либо механическим, либо гидравлическим. В гидравлический привод входят:

• педаль;
• цилиндры нескольких видов: рабочий и главный;
• вилка для выключения;
• нажимной подшипник;
• трубопровод.

При выжимке сцепления, создается давление, которое благодаря штоку и поршню поступает к главному цилиндру. Затем следует перемещение вилки выключения и нажимного подшипника, чтобы передать усилия непосредственно к механизму.

Механическая часть сцепления оборудована:

• ведущим диском;
• диском с накладками.
• картером;
• нажимным пружинным диском;
• кожухом.

Данной детали отведена важнейшая роль, ведь без участия сцепления было бы невозможно переключать передачи и обеспечивать плавный ход автомобиля.

Данная часть авто включает в себя два моста (спереди и сзади), подвеску, раму и колеса. Рама предназначена для крепления всех элементов авто. Зачастую функции данной детали в легковых автомобилях исполняет его кузов. Мосты, размещенные спереди и сзади, поддерживают раму и кузов. Через них колеса получают вертикальную нагрузку. За счет подвески осуществляется связь кузова с колесами и мостами.

Автомобильные колеса обеспечивают устойчивость на дорожном полотне и позволяют ему двигаться.

Управление машиной осуществляется про помощи руля. Он позволяет задать желаемое направление движения. Но вся система управления имеет еще несколько составляющих:

• рулевая колонка;
• механизм руля;
• рычаги поворотов;
• соединительные тяги.

Принцип работы и устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на:
  • карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • 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 до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь 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. Особенности их устройства заключаются в преображении тепловой энергии в механическую работу с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.