Home » Misc » Как работает двигатель внутреннего сгорания кратко

Как работает двигатель внутреннего сгорания кратко


Двигатель внутреннего сгорания, ДВС – устройство, работа

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

 

 

устройство, принцип работы и классификация

Вокруг активно говорят про электокары, но двигатель внутреннего сгорания (ДВС) никуда не исчезает. Почему? О принципе работы и конструкции двигателей внутреннего сгорания, плюсах и минусах ДВС – в нашем материале.


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.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

  1. Блок цилиндров. Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
  2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).
  3. Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

    Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

    Замену ГРМ проводят через каждые 60000 - 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

    Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

  4. Система питания. В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
  5. Система смазки. Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки  выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
  6. Система охлаждения. Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.
  7. Выхлопная система. Служит для отвода от мотора продуктов сгорания.
    Включает:
    - выпускной коллектор (приёмник отработанных газов),
    - газоотвод (приёмная труба, в народе- «штаны»),
    - резонатор для разделения выхлопных газов и уменьшения их скорости,
    - катализатор (очиститель) выхлопных газов,
    - глушитель (корректирует направление потока газов, гасит шум).
  8. Система зажигания. Входит в состав только бензодвигателей. Неотъемлемые компоненты системы – свечи и катушки зажигания. Самый популярный вариант конструкции – «катушка на свече». У двигателей внутреннего сгорания старого поколения также были высоковольтные провода и трамблер (распределитель). Но современные производители моторов, прежде всего, благодаря появлению конструкции «катушка на свече», могут себе позволить не включать в систему эти компоненты.
  9. Система впрыска. Позволяет организовать дозированную подачу топлива.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто. А это одна из важнейших характеристик любого мотора.


Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС.  

Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени. Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения "Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля", на платформе ELECTUDE. Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор.

Принцип работы двигателя

Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии вспышки топлива - тепловой энергии, освобождённой от сгорания топлива, в механическую.

При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

Самый распространённый вариант такой:

  1. Поршень в цилиндре движется вниз.
  2. Открывается впускной клапан.
  3. В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
  4. Поршень поднимается.
  5. Выпускной клапан закрывается.
  6. Поршень сжимает воздух.
  7. Поршень доходит до верхней мертвой точки.
  8. Срабатывает свеча зажигания.
  9. Открывается выпускной клапан.
  10. Поршень начинает двигаться вверх.
  11. Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Важно! Если используется дизельное топливо, то искра не принимает участие в запуске двигателя, дизельное топливо зажигается при сжатии само.

При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления. Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE. 

Обратите внимание, в дистанционных курсах обучения на платформе ELECTUDE при изучении системы управления дизельным двигателем она сознательно разбирается обособленно от системы регулирования впрыска топлива. Очень грамотный подход. Многим учащимся действительно сложно сразу разобраться и с системой управления, и с системой впрыска. И для того, чтобы хорошо усвоить материал, грамотно двигаться именно пошагово.


Но вернёмся к работе самого двигателя. Рассмотренный принцип работы актуален для большинства ДВС, и он надёжен для любого транспорта, включая грузовые автомобили.

Фактически у устройств, работающих по такому принципу, работа строится на 4 тактах (поэтому большинство моторов называют четырёхтактными):

  1. Такт выпуска.
  2. Такт сжатия воздуха.
  3. Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
  4. Такт открытия выпускного клапана – необходим для того, чтобы отработанные газы вышли из цилиндра и освободили место новой порции смеси топлива и воздуха

4 такта образуют рабочий цикл.

При этом три такта – вспомогательные и один – непосредственно дающий импульс движению. Визуально работа четырёхтактной модели представлена на схеме.


Но работа может основываться и на другом принципе – двухтактном. Что происходит в этом случае?

  • Поршень двигается снизу-вверх.
  • В камеру сгорания поступает топливо.
  • Поршень сжимает топливно-воздушную смесь.
  • Возникает компрессия. (давление).
  • Возникает искра.
  • Топливо загорается.
  • Поршень продвигается вниз.
  • Открывается доступ к выпускному коллектору.
  • Из цилиндра выходят продукты сгорания.

То есть первый такт в этом процессе – одновременный впуск и сжатие, второй - опускание поршня под давлением топлива и выход продуктов сгорания из коллектора.

Двухтактный принцип работы – распространённое явление для мототехники, бензопил. Это легко объяснить тем, что при высокой удельной мощности такие устройства можно сделать очень лёгкими и компактными.

Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена.

В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска.

У решений, которые поддерживают два такта, заполнение и очистка цилиндра осуществляются синхронно с тактами сжатия и расширения (то есть непосредственно в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки).


Классификация двигателей

Двигатели разделяют по нескольким параметрам: рабочему циклу, типу конструкции, типу подачи воздуха.

Классификация двигателей в зависимости от рабочего цикла

В зависимости от цикла, описывающего термодинамический (рабочий процесс), выделяют два типа моторов: 

  1. Ориентированные на цикл Отто. Сжатая смесь у них воспламеняется от постороннего источника энергии. Такой цикл присущ всем бензиновым двигателям.
  2. Ориентированные на цикл Дизеля. Топливо в данном случае воспламеняется не от искры, а непосредственно от разогретого рабочего тела. Такой цикл лежит в основе работы дизельных двигателей.

Чтобы работать с современными дизельными моторами, важно уметь хорошо разбираться в системе управлениям дизелями EDC (именно от неё зависит стабильное функционирование предпускового подогрева, системы рециркуляции отработанных газов, турбонаддува), особенностях системы впрыска Common Rail (CRD), механических форсунках, лямбда-зонда, обладать навыками взаимодействия с ними.


А для работы с агрегатами, работающими по циклу Отто, не обойтись без комплексного изучения свечей зажигания, системы многоточечного впрыска. Важно отличное знание принципов работы датчиков, каталитических нейтрализаторов.

И изучение дизелей, и бензодвигателей должно быть целенаправленным и последовательным. Рациональный вариант – изучать дизельные ДВС в виде модулей.

Классификация двигателей в зависимости от конструкции

  • Поршневой. Классический двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом. При работе принципа ДВС рассматривалась как раз такая конструкция. Ведь именно поршневые ДВС стоят на большинстве современных автомобилей.
  • Роторные (двигатели Ванкеля). Вместо поршня установлен трехгранный ротор (или несколько роторов), а камера сгорания имеет овальную форму. У них достаточно высокая мощность при малых габаритах, отлично гасятся вибрации. Но производителям невыгодно выпускать такие моторы. Производство двигателей Ванкеля дорогостоящее, сложно подстроиться под регламенты выбросов СО2, обеспечить агрегату большой срок службы. Поэтому современные мастера СТО при ремонте и обслуживании с такими автомобилями встречаются крайне редко. Но знать о таких двигателях также очень важно. Может возникнуть ситуация, что на сервис привезут автомобили Mazda RX-8. RX-8 (2003 по 2012 годов выпуска) либо ВАЗ-4132, ВАЗ-411М. И у них стоят именно роторные двигатели внутреннего сгорания.

Классификация двигателей по принципу подачи воздуха

Подача воздуха также разделяет ДВС на два класса:

  1. Атмосферные. При движении поршня мотор затягивает порцию воздуха. Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.
  2. Турбокомпрессорные. Организована дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания.

Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.


Атмосферные системы активно встречаются как среди дизельных, так и бензиновых моделей. Турбокомпрессорные ДВС – в большинстве своём, дизельные двигатели. Это связано с тем, что монтаж турбонаддува предполагает достаточно сложную конструкцию самого ДВС. И на такой шаг готовы пойти чаще всего производители авто премиум-класса, спорткаров. У них установка турбокомпрессора себя оправдывает. Да, такие решения более дорогие, но выигрыш есть в весе, компактности, показателе крутящего момента, уровни токсичности. Более того! Выигрыш есть и в расходе топлива. Его требуется существенно меньше.

Очень часто решения с турбокомпрессором выбирают автовладельцы, которые предпочитают агрессивный стиль езды, высокую скорость.

Преимущества ДВС

  1. Удобство. Достаточно иметь АЗС по дороге или канистру бензина в багажнике – и проблема заправки двигателя легко решаема. Если же на машине установлен электромотор, зарядка доступна пока ещё не во всех местах.
  2. Высокая скорость заправки двигателя топливом.
  3. Длительный ресурс работы. Современные двигатели внутреннего сгорания легко работают в заявленный производителем период (в среднем 100-150 тыс. км. пробега), а некоторые и 300-350 тыс. км пробега. Впрочем, мировой рекордсмен – пробег и вовсе ~4 800 000 км. И здесь нет лишних нулей. Такой рекорд установлен на двигателе Volvo" P1800. Единственное, за время работы двигатель два раза проходил капремонт.
  4. Компактность. Двигатели внутреннего сгорания существенно компактнее, нежели двигатели внешнего сгорания.

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.

Вот как работает двигатель вашего автомобиля

Для большинства людей автомобиль — это вещь, которую они заправляют бензином, который перемещает их из точки А в точку Б. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как на самом деле делает это? Что заставляет его двигаться? Если вы еще не выбрали электромобиль в качестве своего повседневного водителя, магия как сводится к двигателю внутреннего сгорания — той штуке, которая шумит под капотом. Но как именно работает двигатель?

Лучший
  • Величайшие двигатели, которые можно купить сегодня

В частности, двигатель внутреннего сгорания является тепловым двигателем в том смысле, что он преобразует энергию тепла горящего бензина в механическую работу или крутящий момент. Этот крутящий момент передается на колеса, чтобы заставить автомобиль двигаться. И если вы не водите старый двухтактный Saab (который звучит как старая цепная пила и извергает маслянистый дым из выхлопа), ваш двигатель работает по одним и тем же основным принципам, независимо от того, управляете ли вы Ford или Ferrari.

В двигателях есть поршни, которые перемещаются вверх и вниз внутри металлических трубок, называемых цилиндрами. Представьте, что вы едете на велосипеде: ваши ноги двигаются вверх и вниз, чтобы крутить педали. Поршни соединены через шатуны (они похожи на ваши голени) с коленчатым валом, и они двигаются вверх и вниз, вращая коленчатый вал двигателя, точно так же, как ваши ноги вращают велосипед, который, в свою очередь, приводит в движение ведущее колесо велосипеда или ведущие колеса автомобиля. . В зависимости от автомобиля в его двигателе обычно имеется от двух до двенадцати цилиндров, в каждом из которых поршень движется вверх и вниз.

Откуда берется мощность двигателя

То, что заставляет эти поршни двигаться вверх и вниз, - это тысячи крошечных контролируемых взрывов, происходящих каждую минуту, создаваемых смешиванием топлива с кислородом и воспламенением смеси. Каждый раз, когда воспламеняется топливо, называется тактом сгорания или рабочим ходом. Тепло и расширяющиеся газы от этого мини-взрыва толкают поршень в цилиндре вниз.

Почти все современные двигатели внутреннего сгорания (для простоты мы сосредоточимся здесь на бензиновых силовых установках) четырехтактные. Помимо такта сгорания, который толкает поршень вниз от верхней части цилиндра, есть еще три такта: впуск, сжатие и выпуск.

Двигателям нужен воздух (а именно кислород) для сжигания топлива. Во время такта впуска клапаны открываются, позволяя поршню действовать как шприц, когда он движется вниз, всасывая окружающий воздух через систему впуска двигателя. Когда поршень достигает нижней точки своего хода, впускные клапаны закрываются, эффективно герметизируя цилиндр для такта сжатия, который происходит в направлении, противоположном такту впуска. Движение поршня вверх сжимает всасываемый заряд.

Четыре такта четырехтактного двигателя

Getty Images

В самых современных двигателях бензин впрыскивается непосредственно в цилиндры в начале такта сжатия. (Другие двигатели предварительно смешивают воздух и топливо во время такта впуска.) В любом случае, непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней точки своего хода, известной как верхняя мертвая точка, свечи зажигания воспламеняют смесь воздуха и топлива.

В результате расширения горячих горючих газов поршень толкается в противоположном направлении (вниз) во время такта сгорания. Это удар, который заставляет колеса вашего автомобиля вращаться, как если бы вы нажимали на педали велосипеда. Когда такт сгорания достигает нижней мертвой точки, выпускные клапаны открываются, чтобы позволить продуктам сгорания откачиваться из двигателя (как шприц, выталкивающий воздух), когда поршень снова поднимается. Когда выхлоп выбрасывается — он проходит через выхлопную систему автомобиля, прежде чем выйти из задней части автомобиля — выпускные клапаны закрываются в верхней мертвой точке, и весь процесс начинается сначала.

В многоцилиндровом автомобильном двигателе такты отдельных цилиндров смещены относительно друг друга и расположены на равном расстоянии друг от друга, чтобы такты сгорания не происходили одновременно и чтобы двигатель был как можно более сбалансированным и плавным.

Getty Images

Но не все двигатели одинаковы. Они бывают разных форм и размеров. В большинстве автомобильных двигателей цилиндры располагаются по прямой линии, например, в рядном четырехцилиндровом двигателе, или объединяют два ряда рядных цилиндров в V-образную форму, как в V-6 или V-8. Двигатели также классифицируются по их размеру или рабочему объему, который представляет собой совокупный объем цилиндров двигателя.

Различные типы двигателей

Конечно, среди представленных на рынке двигателей внутреннего сгорания существуют исключения и незначительные различия. Например, двигатели с циклом Аткинсона изменяют фазы газораспределения, чтобы сделать двигатель более эффективным, но менее мощным. Турбонаддув и наддув, сгруппированные вместе в рамках вариантов принудительной индукции, закачивают в двигатель дополнительный воздух, что увеличивает количество доступного кислорода и, следовательно, количество топлива, которое можно сжечь, что приводит к увеличению мощности, когда вы этого хотите, и большей эффективности, когда вы этого не делаете. не нужна власть. Все это дизельные двигатели делают без свечей зажигания. Но независимо от двигателя, если он относится к типу двигателей внутреннего сгорания, основы его работы остаются неизменными. И теперь вы их знаете.

Пришло время устроить генеральную уборку? Try the Meguiar's Products We Use on Our Fleet
Meguiar's Ultimate Wash & Wax

Now 28% Off

$29 at Walmart

Meguiar's Ultimate Quik Detailer

$13 at Walmart

Meguiar's Water Magnet Microfiber Towel

$7 at Walmart

Meguiar's Ultimate Detailer Interior

10 долларов в Walmart

Как работает двигатель? Сгорание и компоненты

  • Новости
Поделиться:

Двигатель внутреннего сгорания работает путем преобразования топлива и воздуха в механическую энергию.

К основным компонентам двигателя относятся клапанный механизм, поршни и коленчатый вал.

Купить артикул

AMSOIL Synthetic Motor Oil

AMSOIL Synthetic Diesel Oil

Работа двигателя заключается в преобразовании топлива в энергию. Итак, как работает двигатель? Двигатели внутреннего сгорания создают энергию, сжигая топливно-воздушную смесь под давлением внутри цилиндра, и она преобразуется в движение поршнями двигателя, шатунами и коленчатым валом.

Однако конструкция и функции компонентов различаются в зависимости от основного назначения автомобиля, типа топлива и других соображений. Начнем с основ сгорания и конструкции двигателя.

Четыре функции сгорания

Четырехтактные двигатели должны выполнять четыре основные функции для правильной и эффективной работы:

    • Впуск
    • Компрессия
    • Мощность
    • Выпуск

Функция впуска включает подачу смеси воздуха и топлива в камеру сгорания. компрессия функция сжимает смесь. Функция power включает воспламенение смеси и использование силы этой реакции. Функция выхлопа вытесняет сгоревшие газы из двигателя.

В четырехтактном двигателе процесс сгорания состоит из 1) тактов впуска, 2) сжатия, 3) рабочего и 4) тактов выпуска.

Поршень и поршневые кольца

Поршень движется вверх и вниз или совершает возвратно-поступательные движения внутри цилиндра двигателя. При этом он помогает выполнить четыре функции сгорания, создавая вакуум, который втягивает топливно-воздушную смесь в камеру сгорания (впуск), сжимает смесь (сжатие), воспламеняет ее (мощность) и удаляет продукты сгорания (выхлоп). ).

Область над поршнем называется цилиндром или камерой сгорания. Воздух и топливо сжимаются и воспламеняются в цилиндре. Поршневые кольца под днищем поршня образуют уплотнение на стенке цилиндра, чтобы предотвратить утечку топлива из камеры сгорания и помочь предотвратить утечку большей части побочных продуктов сгорания через поршневые кольца и загрязнение масла в картере. Поршневые кольца также помогают охлаждать поршень, распределяя масло по стенке цилиндра и передавая тепло.

Двигатель в разрезе, открывающий поршни, камеру сгорания и отверстие форсунки.

Шатуны и поршневые пальцы

Шатуны соединяют поршень с коленчатым валом. Наручный штифт используется для крепления поршня к шатуну, позволяя им поворачиваться при возвратно-поступательном движении. И под заводной головкой, и под запястьем штифт подвергаются экстремальным нагрузкам, поскольку они воспринимают силу возвратно-поступательных поршней, особенно когда поршень движется вниз под действием силы сгорания.

Как работает двигатель? Коленчатый вал

Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение, которое передается на коробку передач. В типичном потребительском автомобиле коленчатый вал присоединяется к трансмиссии через сцепление (в ручном режиме) или преобразователь крутящего момента (в автоматическом режиме). В газонокосилке коленчатый вал крепится непосредственно к режущим ножам.

Уплотнения на концах коленчатого вала предотвращают утечку масла из двигателя. Уплотнения в двухтактных двигателях имеют дополнительную проблему, связанную с работой под действием сил положительного и отрицательного давления, создаваемых возвратно-поступательным движением поршня. Сальники четырехтактных двигателей не работают при таком давлении.

Поршни приводят в движение коленчатый вал, который приводит в действие трансмиссию и приводит в движение автомобиль.

Подшипники

Коренные подшипники двигателя поддерживают коленчатый вал. В зависимости от конструкции двигателя могут использоваться подшипники качения или подшипники скольжения.

Роликовые подшипники (подшипники качения) используются в двухтактных двигателях, поскольку для них нет специального источника смазки. Роликовые подшипники содержат подвижные элементы и могут также называться роликовыми подшипниками.

Подшипники скольжения — это фиксированные неподвижные подшипники, которые поддерживают вращающийся коленчатый вал в четырехтактных двигателях. Они предназначены для обеспечения низкого сопротивления трению и требуют специального источника смазки под давлением для обеспечения адекватного жидкостного барьера между металлическими компонентами.

Зарегистрируйтесь как Привилегированный клиент, чтобы получить:

    • Сниженная цена до 25% на каждый заказ.
    • Бесплатная доставка при заказе от 100 долларов (130 канадских долларов) или более.
    • Подарок на день рождения в виде купона на 5 долларов, который поможет отпраздновать этот день.
    • 5 долларов Возврат за каждые потраченные 100 долларов.
    • Эксклюзивные предложения круглый год.
    • Бесплатное продление членства , если вы потратите 500 долларов или более.

Узнать больше

Клапанный механизм и фазы газораспределения

Клапанный механизм двигателя отвечает за открытие и закрытие клапанов цилиндров в нужное время в процессе сгорания. Он состоит из клапанов, узлов клапанных пружин, распределительных валов, толкателей, толкателей и коромыслов.

Клапаны используются либо для подачи топливно-воздушной смеси в цилиндр, либо для выпуска выхлопных газов. В старых автомобилях для каждой функции использовался один клапан; однако в новых автомобилях используется до двух впускных и двух выпускных клапанов на цилиндр.

Впускной клапан подает топливно-воздушную смесь в камеру сгорания. Выпускной клапан выпускает выхлопные газы из цилиндра.

Каждый клапан имеет уплотнение клапана, которое отвечает за предотвращение попадания масла в камеру сгорания. Неисправные уплотнения клапанов могут привести к попаданию масла в цилиндр и воспламенению во время сгорания, в результате чего двигатель будет сжигать масло.

Магазин AMSOIL Products

Распредвал

Распредвал содержит эксцентрики и шейки, которые регулируют фазы газораспределения. Эксцентрики представляют собой механические кулачки, которые передают возвратно-поступательное движение между механическими компонентами. Каждый эксцентрик управляет одним клапаном. Например, четырехцилиндровый двигатель с двумя клапанами на цилиндр будет использовать распределительный вал с восемью эксцентриками.

Форма эксцентриков контролирует точно настроенное движение и синхронизацию клапанного механизма, включая то, насколько далеко поднимаются клапаны, как долго они остаются поднятыми и когда эти движения происходят относительно положения поршней.

Два основных типа распределительных валов — плоского толкателя и роликового. Толкатель, или толкатель, на распределительном валу с плоским толкателем плоский, и для отделения его поверхности от кулачка требуется масло. Распределительные валы с плоскими толкателями создают высокое трение и высокие температуры, потому что поверхности быстро скользят друг относительно друга. Масляная пленка является единственным барьером, препятствующим слипанию толкателя и кулачка кулачка.

Трение между двумя компонентами может в конечном итоге привести к износу кулачка плоского толкателя и повлиять на работу клапана. Мощность и эффективность двигателя снизятся, если кулачки с плоскими толкателями не смогут поднять клапаны достаточно, чтобы адекватно заполнить камеру для воспламенения или выпуска выхлопных газов.

Роликовый распределительный вал использует колеса или ролики для уменьшения износа толкателя. Тела качения практически полностью уменьшают трение между толкателем и кулачком, продлевая срок службы распределительного вала. Роликовые распределительные валы обычно предпочтительнее распределительных валов с плоскими толкателями, поскольку они значительно снижают износ и могут повысить производительность двигателя.

Распределительный вал содержит эксцентрики, открывающие впускной и выпускной клапаны.

Как работает двигатель? Конструкции блока цилиндров

Рядный двигатель

Рядные двигатели располагают поршни в один ряд. Рядный блок двигателя — это обычная компоновка, используемая в различных автомобильных и спортивных приложениях, включая снегоходы, гидроциклы и мотоциклы.

Двигатель V-Style

Двигатели V-Style имеют два ряда цилиндров, смещенных относительно друг друга, образуя V-образную форму. V-образный двигатель — это обычная конструкция автомобильного двигателя. Рынок крупногабаритных мотоциклов также обычно использует эту конструкцию.

Оппозитный двигатель

В оппозитных двигателях цилиндры расположены горизонтально и перпендикулярно обеим сторонам коленчатого вала.

Learn more