Как проверить распредвал са­мос­то­я­тель­но

Как сделать развал-схождение сво­и­ми руками

Как выбрать детское автокресло

Холодный пуск двигателя лег­ко­во­го ав­то­мо­би­ля

"Прикурить" аккумулятор лег­ко­во­го ав­то­мо­би­ля

Подготовка лег­ко­во­го ав­то­мо­би­ля к зиме

Зарядное устройство для ак­ку­му­ля­то­ра ав­то­мо­би­ля

Замена колеса на автомобиле

Экономия топлива на ав­то­мо­би­ле

Давление в шинах ав­то­мо­би­ля

Бесконтактная мойка ав­то­мо­би­ля

Что такое иммобилайзер в ав­то­мо­би­ле?

Защита лакокрасочного пок­ры­тия ав­то­мо­би­ля

Полировка автомобиля своими ру­ка­ми

Можно ли смешивать масла раз­ных производителей?


Устройство двигателя автомобиля

Для ознакомления с главной и неотъемлемой частью любого транспортного средства рассмотрим устройство двигателя автомобиля. Для полноценного восприятия его важ­нос­ти, двигатель всегда сравнивают с сердцем человека. Пока сердце работает — человек живет. Аналогично и двигатель, как только он останавливается, или не запускается — автомобиль со всеми его системами и механизмами превращается в груду бесполезного железа.

За время модернизации и совершенствования автомобилей, двигатели очень сильно изменились по своей конструкции в сторону компактности, экономичности, бесшумности, долговечности и т.д. Но принцип работы остался неизменным — на каждом автомобиле имеется двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Исключение составляют только элект­ро­дви­га­те­ли как альтернативный способ получения энергии.

Ниже представлено устройство двигателя автомобиля в разрезе.

Устройство двигателя автомобиля

Название «двигатель внутреннего сгорания» произошло именно от принципа по­лу­че­ния энергии. Топливно-воздушная смесь, сгорая внутри цилиндра двигателя, выделяет ог­ром­ное количество энергии и заставляет через многочисленную цепочку узлов и механизмов в конечном итоге двигаться автомобиль. Именно пары топлива в смешивании с воздухом при воспламенении дают такой эффект в ограниченном пространстве.

Одноцилиндровый двигатель

Для наглядности на рисунке показано устройство одноцилиндрового двигателя ав­то­мо­би­ля.

Одноцилиндровый двигатель

В одноцилиндровом двигателе рабочий цилиндр изнутри представляет собой замк­ну­тое пространство. Поршень, соединенный через шатун с коленчатым валом, является единственным подвижным элементом в цилиндре одноцилиндрового двигателя. Когда пары топлива и воздуха воспламеняются, вся высвобождаемая энергия давит на стенки цилиндра и поршень, заставляя его перемещаться вниз. Конструкция коленчатого вала в од­но­ци­линд­ро­вом двигателе выполнена таким образом, что движением поршня через шатун создается крутящий момент, заставляя проворачиваться сам вал и получать вращательную энергию. Таким образом, высвобождаемая энергия от горения рабочей смеси преобразуется в ме­ха­ни­чес­кую энергию.

Для приготовления топливно-воздушной смеси используются два способа: внутреннее или внешнее смесеобразование. Оба способа еще отличаются по составу рабочей смеси и методов ее воспламенения.

Чтобы иметь четкое понятие об устройстве двигателя автомобиля, стоит знать, что в двигателях применяют два вида топлива: бензин и дизельное топливо. Оба вида энер­го­но­си­те­лей получаются на основе переработки нефти. Бензин очень хорошо испаряется на воздухе. Поэтому для двигателей, работающих на бензине, для получения топливно-воздушной смеси применяется такое устройство как карбюратор. Более подробно устройство карбюратора будет рассмотрено в разделе, посвященном системе питания двигателя. В карбюраторе поток воздуха смешивается с капельками бензина и подается в цилиндр. Там полученная топливно-воздушная смесь воспламеняется при подаче искры через свечу за­жи­га­ния для двигателя.

Дизельное топливо (ДТ) обладает малой испаряемостью при обычной температуре, но при смешивании с воздухом под огромным давлением, полученная смесь са­мо­вос­пла­ме­ня­ет­ся. На этом и основан принцип работы дизельных двигателей ( см. устройство ди­зель­но­го двигателя ). ДТ впрыскивается в цилиндр отдельно от воздуха через форсунку. Узкие сопла форсунки в сочетании с большим давлением при впрыскивании в цилиндр превращают дизельное топливо в мелкие капли, которые смешиваются с воздухом. Для визуального представления — это аналогично тому, когда вы давите на крышку баллончика с духами или одеколоном: выдавливаемая жидкость моментально смешивается с воздухом, образуя мел­ко­дис­пер­си­он­ную смесь, которая тут же распыляется, оставляя приятный аромат. Тот же самый эффект распыления происходит и в цилиндре. Поршень, двигаясь вверх, сжимает воздушное пространство, увеличивая давление, и смесь самовозгорается, заставляя поршень двигаться в обратном направлении.

В обоих случаях качество приготовленной рабочей смеси сильно влияет на пол­но­цен­ную работу двигателя. Если идет недостаток в топливе или воздухе — рабочая смесь не полностью сгорает, а вырабатываемая мощность двигателя существенно уменьшается.

Как же и за счет чего подается рабочая смесь в цилиндр?

На рисунке видно, что от цилиндра вверх выходят два стержня с большими шляпками. Это впускной и выпускной клапаны, которые закрываются и открываются в определенные моменты времени, обеспечивая рабочие процессы в цилиндре. Они могут быть оба закрыты, но никогда оба не могут быть открыты. Об этом будет сказано чуть позже.

На бензиновом двигателе в цилиндре присутствует та самая свеча, которая вос­пла­ме­ня­ет топливно-воздушную смесь. Это происходит за счет возникновения искры под воз­дейст­ви­ем электрического разряда. Принцип действия и работы будет рассмотрен при изучении системы зажигания двигателя.

Впускной клапан обеспечивает своевременное поступление рабочей смеси в цилиндр, а выпускной клапан — своевременный выпуск отработавших газов, которые больше не нужны. Клапаны работают в определенный момент времени движения поршня. Весь процесс превращения энергии от сгорания в механическую энергию называется рабочим циклом, состоящим из четырех тактов: впуск рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выпуск от­ра­бо­тав­ших газов. Отсюда и название — четырехтактный двигатель.


Работа поршня

Рассмотрим работу поршня по следующему рисунку.

Работа поршня

Поршень в цилиндре совершает только возвратно-поступательные движения, то есть вверх-вниз. Это называется ходом поршня. Крайние точки, между которыми двигается поршень, называются мертвыми точками: верхняя (ВМТ) и нижняя (НМТ). Название «мертвая» идет от того, что в определенный момент, поршень, меняя направление на 180°, как бы «застывает» в нижнем или верхнем положении на тысячные доли секунды.

ВМТ находится на определенном расстоянии до верхней границы цилиндра. Эта область в цилиндре называется камерой сгорания. Область с ходом поршня носит название рабочего объема цилиндра. Это понятие вы, наверняка, слышали при перечислении ха­рак­те­рис­тик любого двигателя автомобиля. Ну а сумма рабочего объема и камеры сгорания об­ра­зу­ет полный объем цилиндра.

Соотношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется сте­пенью сжатия рабочей смеси. Это довольно важный показатель в устройстве двигателя автомобиля. Насколько сильно сжата смесь, настолько больше получается отдача при сго­ра­нии, которая преобразуется в механическую энергию.

С другой стороны, чрезмерное сжатие топливно-воздушной смеси приводит к ее взрыву, а не горению. Это явление носит название «детонация». Она ведет к потере мощности и разрушению или чрезмерному износу всего двигателя. Для избегания детонации двигателя современное топливное производство выпускает бензин, устойчивый к высокой степени сжатия. Каждый видел на АЗС надписи вроде АИ-92 или АИ-95. Цифра обозначает октановое число. Чем больше ее значение, тем больше устойчивость топлива к детонации, со­от­ветст­вен­но его можно применять с большей степенью сжатия.

Работа двигателя автомобиля

После рассмотрения работы поршня вернемся к рабочему циклу цилиндра. Рас­смот­рим схему работы двигателя автомобиля.

Работа двигателя автомобиля

Первый такт, с чего начинается весь процесс – это впуск. Поршень находится в ВМТ. С началом его движения вниз открывается впускной клапан. Из-за возникающего вакуума, воздух или уже готовая рабочая смесь засасывается в цилиндр. В дизельном двигателе в этот момент впрыскивается топливо через форсунку. В момент достижения поршнем НМТ впуск­ной клапан полностью закрывается. Таким образом, полный объем цилиндра заполнен рабочей смесью, состоящей из паров топлива и воздуха. Первый такт завершен.

Такт второй – сжатие. Перед воспламенением рабочей смеси и получения большей энергии от ее горения, саму смесь надо предельно сжать. Для этого создается полная герметичность внутреннего пространства цилиндра закрытием всех клапанов, а поршень движется вверх к ВМТ. При достижении верхней мертвой точки такт сжатия заканчивается в камере сгорания происходит воспламенение.

Наступает третий такт – рабочий ход поршня.

Напомним, что у бензиновых двигателей возгорание происходит через проскакивание искры в свечи зажигания. У дизельных ДВС воспламенение происходит самопроизвольно при достижении максимального давления. Клапаны по-прежнему закрыты. Огромная выс­во­бож­да­е­мая энергия от возгорания давит на поршень, заставляя его двигаться вниз. Этот ход поршня или такт и является ключевым в работе двигателя автомобиля. Только он дает энергию, которой хватает совершать остальные такты рабочего процесса и заставлять двигаться в целом весь автомобиль. Этому способствует находящийся маховик на конце коленчатого вала. Получая энергию от движения поршня через шатун, он обеспечивает вра­ще­ние вала для совершения трех остальных тактов рабочего цикла. Поэтому, если двигатель глохнет или не заводится — значит в цилиндре рабочая смесь по какой-то причине не воспламеняется. Из-за названия такта «рабочий ход поршня», остальные 1, 2 и 4 такты называют «холостыми», которые, по сути, и обеспечивают работу 3 такта.

По достижении НМТ при работе поршня процесс сгорания завершен, а полный объем цилиндра занят газами и остатками горения, которые нужно вытеснить наружу для начала нового цикла.



Начинается заключительный, четвертый такт — выпуск отработавших газов.

С началом движения поршня вверх открывается выпускной клапан. Газы под воз­дейст­ви­ем давления, создаваемым поршнем, выталкиваются через выпускной канал из цилиндра. К моменту достижения ВМТ при работе поршня, клапан закрывается. В этот момент рабочий цикл завершается и начинается новый.

На примере одноцилиндрового двигателя мы рассмотрели сам процесс получения энергии. Но для бесперебойной и равномерной работы любого двигателя одного такого цилиндра мало. Ведь из четырех тактов рабочий только один. В современных автомобилях, даже самых простых, двигатели имеют минимум 4-6 цилиндров, обычно 6-8, бывает и доходит до 12. И это число всегда четное.

Для полного понимания стоит взглянуть на рисунок, где представлена диаграмма ра­бо­ты двигателя автомобиля.

Работа двигателя автомобиля

Здесь представлен классический вариант работы двигателя автомобиля с 4 цилиндрами. Они пронумерованы 1, 2, 3, 4 и под ними показано, когда в каждом цилиндре происходят такты рабочего цикла. Если рассмотреть внимательно — то видны две за­ко­но­мер­нос­ти.

Первая — по горизонтали: ни в одном цилиндре не происходит один и тот же такт одновременно с происходящими тактами в других цилиндрах. То есть 4 цилиндра – од­нов­ре­мен­но 4 разных такта.

Вторая закономерность. Смотрим слева направо и сверху вниз. Везде соблюдена очередность тактов: впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск. Такая очередность работы ци­линд­ров обеспечивает равномерную работу двигателя автомобиля в целом. Чем больше цилиндров, тем стабильней работает ДВС, даже если какой-нибудь один из них не работает.

Но увеличение числа цилиндров ведет к повышению сложности устройства двигателя автомобиля, что тоже ведет к снижению эффективности. Поэтому самый оптимальный вариант устройства двигателя автомобиля — это 4-8 цилиндров.

На этом теория о получении механической энергии от энергоносителей закончена. В следующем разделе мы рассмотрим работу основных систем ДВС, обеспечивающих его непрерывный рабочий процесс.

Двигатель внутреннего сгорания в сочетании со всеми системами, механизмами и узлами, обеспечивающими его полноценную работу, называется силовой установкой. Сам ДВС состоит из двух механизмов, с одним из которых мы уже отчасти столкнулись в те­о­ре­ти­чес­кой части. Устройства этих механизмов нам с вами предстоит подробно рассмотреть в следующих главах. Это газораспределительный механизм и кривошипно-шатунный механизм. Кроме этого у двигателя есть 4 системы, без которых работа двигателя автомобиля просто невозможна. Это система питания двигателя, система охлаждения двигателя, система смазки двигателя и система зажигания двигателя.



Читайте также:

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) двигателя

На главную:

Устройство легкового автомобиля

(c) avto-ustroistvo.ru