Устройство
Бензиновые моторы относят к классу двигателей внутреннего сгорания. Внутри камер сгорания предварительно сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется посредством искры. Для управления мощностью мотора используется дроссельная заслонка. Она позволяет регулировать количество воздуха, попадающего в камеру сгорания.
Давайте подробнее познакомимся с устройством всех основных узлов любого ДВС. Каждый силовой агрегат состоит из блока цилиндров, кривошипно-шатунного механизма, деталей цилиндропоршневой группы, механизма газораспределения, системы смазки и охлаждения, системы питания. Также двигатель не сможет работать без электрического оборудования. Все эти системы и узлы взаимодействуют между собой в процессе работы двигателя.
Конструкция моторов внутреннего сгорания
«Сердце» любого авто состоит из двух частей – блока цилиндров и головки (ГБЦ). Первый представляет собой литой корпус из чугуна либо алюминия с каналами для смазки и охлаждающей жидкости. По оси блока сделаны отверстия большого диаметра – цилиндры (4 или 6 шт.) со стальными гильзами, внутри которых движутся поршни.
Устройство ДВС нельзя назвать слишком сложным. Если досконально разобраться в расположении и роли основных деталей, многое становится понятно. Блок цилиндров служит базой для крепления следующих элементов:
Примечание. Для простоты здесь рассматривается бензиновый силовой агрегат с рядным расположением цилиндров. О двигателях других типов речь пойдет ниже.
Сверху к блоку прикручена алюминиевая головка цилиндров, уплотнением данного соединения служит специальная прокладка. На нижней плоскости детали выполнены углубления – камеры сгорания – с отверстиями для клапанов и свечей зажигания. Строение ГБЦ двигателя включает такие элементы:
К газораспределительному механизму относятся клапаны, гидрокомпенсаторы и распредвал с цепной (ременной) передачей.
Блок цилиндров ДВС
Блок цилиндров – это основная деталь любого мотора. Это чугунная или алюминиевая литая цельная деталь. В блоке имеются цилиндры и масса различных отверстий с резьбой для монтажа навесного и другого оборудования. Элемент имеет обработанные механически плоскости для монтажа ГБЦ и других деталей.
Конструкция блока сильно зависит от количества цилиндров, расположения камер сгорания, метода охлаждения. В одном блоке может объединяться от 1 до 16 цилиндров. При этом блоки, где количество цилиндров нечетное, встречаются реже. Из тех моделей, что выпускаются сейчас, можно встретить 3-цилиндровые ДВС. Большинство же блоков имеют 2, 4, 8, 12 и иногда даже 16 цилиндров.
Двигатели с количеством цилиндров от 1 до 4 отличаются расположением камер сгорания в ряд. Они так и называются – рядные двигатели. Если цилиндров больше, то они располагаются в блоке в два ряда под определенным углом. Это позволило уменьшить габаритные размеры, но технология изготовления таких блоков сложнее.
Можно выделить еще один вид блоков. В них камеры сгорания расположены в два ряда под углом в 180 градусов. Это так называемые оппозитные моторы. Принцип работы бензинового двигателя такого типа ничем не отличается от традиционных ДВС. Их чаще можно встретить на мототехнике, но существуют и автомобили, оснащенные ими.
Что касается охлаждения, то можно выделить два типа систем. Это жидкостное и воздушное охлаждение. От того, какая выбрана система охлаждения, зависят конструктивные особенности блока цилиндров. Блок с системой воздушного охлаждения устроен гораздо проще, по сравнению с таким же на водяном охлаждении. Камеры сгорания в данном случае к блоку не относятся.
Блок на жидкостном охлаждении устроен гораздо сложнее. В конструкцию уже входят камеры сгорания. Поверх металлического блока цилиндров проложена рубашка охлаждения, внутри которой принудительно циркулирует охлаждающая жидкость, которая служит для отвода тепла от деталей. Блок и рубашка охлаждения в ДВС является одним целым.
Сверху блок цилиндров накрыт головкой. Она образует закрытое пространство, где и осуществляется процесс горения топлива. ГБЦ может иметь простую конструкцию или же более сложную.
Бензиновые двигатели и их устройство
Расширяющийся в камере сгорания газ давит на поршень (М), который при помощи шатуна (N) вращает коленвал (P).
Цикл работы бензинового двигателя состоит из следующих этапов:
• Впускной такт. В этот момент начинается движение поршня вниз, происходит открытие впускного клапана. В цилиндр поступает топливовоздушная смесь.
• Сжатие. Поршень начинает двигаться вверх, тем самым сжимает смесь в цилиндрах, что необходимо для выделения большей энергии при последующем взрыве.
• Рабочий такт. Когда поршень поднимается до верхней мертвой точки в цилиндре, в работу включается свеча зажигания и поджигает топливную смесь. После взрыва поршень движется уже вниз.
• Выпускной такт. После достижения поршнем крайней нижней точки, происходит открытие выпускного клапана, через который продукты сгорания и уходят из камеры.
После выхода продуктов сгорания начинается новый цикл работы ДВС.
Результат работы силового агрегата – получение вращательного движения, которое оптимально подходит для проворота колес машины. Достигается это за счет использования коленчатого вала, который и преобразует линейную энергию во вращение.
Устройство и основные детали бензиновых ДВС
Цилиндр – важнейшая часть бензинового мотора, в котором происходит движение поршня, вызванное взрывом топливной смеси. В описанном выше примере речь идет об одном цилиндре. Такое устройство может иметь двигатель моторной лодки или сенокосилки. В моторах же автомобилей цилиндров больше – три, четыре, пять, шесть, восемь, двенадцать и более.
Расположение цилиндров в ДВС может быть следующим:
— рядным:
— V-образным:
— оппозитным (цилиндры горизонтально располагаются друг напротив друга):
Каждое расположение цилиндров имеет свои плюсы и минусы, из которых складывается характеристики тех или иных двигателей и затраты на их производство.
Поршень (М). Эта деталь выполнена в виде металлического цилиндра, двигается вверх-вниз внутри цилиндра уже двигателя.
Клапаны. Могут быть впускными (A) и выпускными (J). Открываются они в различные такты работы двигателя. Через впускные подается топливовоздушная смесь, через выпускные выходят выхлопные газы. В моменты сжатия и сгорания топлива все клапаны закрыты.
Свечи зажигания (К). С их помощью подается искра, которая необходима для воспламенения топлива. Правильная работа двигателя подразумевает точный момент подачи искры (раннее или позднее зажигание – неисправности). На каждый цилиндр двигателя приходится минимум одна свеча.
Поршневые кольца (М). Являются скользящим уплотнением между поршнем и стенкой цилиндра.
С их помощью выполняются следующие функции:
• топливовоздушная смесь не проникает из камеры сгорания в картер во время работы ДВС;
• препятствуют проникновению моторного масла из картера в камеры сгорания.
Картер (G). В нем находится коленвал и некоторое количество моторного масла.
Шатун (N). Служит для соединения между собой коленвала и поршня.
Распределительный вал (I). Его задача заключается в своевременном открытии и закрытии выпускных и впускных клапанов.
Гидравлические компенсаторы (на схеме не обозначены). Применяются не на всех моторах, служат для автоматической регулировки зазора между распределительным валом и клапанами. В случае же их отсутствия, зазор регулируется при помощи специальных шайб, и проводить эту процедуру необходимо на СТО на определенном пробеге двигателя.
Блок цилиндров (F). Самая большая часть двигателя, его основа. Может быть как чугунным, так и алюминиевым. Верхняя часть блока содержит головку (D) и клапанную крышку (B). Рабочие отверстия блока это и есть цилиндры двигателя.
Навесное оборудование.
На вышеуказанной схеме оно не обозначено, но стоит чуть подробнее описать его. Все навесное оборудование состоит из отдельных самостоятельных устройств или элементов различных систем. Это, прежде всего:
Генератор. Служит для превращения механической энергии в электрическую, необходимую для питания бортовой сети автомобиля и зарядки АКБ. Заведенный автомобиль питает свою электронику от генератора.
Стартер. Пуск автомобиль осуществляется с его помощью.
Инжектор или карбюратор. Эти устройства служат для приготовления топливовоздушной смеси. Карбюратор уже не используется на относительно новых автомобилях. Теперь производители используют топливную рампу с форсунками и инжектор.
ТНВД. Топливный насос высокого давления используется и на некоторых бензиновых двигателях. Его задача – нагнетать под давлением определенное количество топлива и регулировать момент и количество его подачи.
Кривошипно-шатунный механизм
Данный узел, который также является неотъемлемой частью двигателя, необходим для преобразования возвратно-поступательных движений поршней во вращательные движения коленчатого вала. Главная деталь здесь – это коленчатый вал. Он подвижно соединен с блоком двигателя. За счет этой подвижности обеспечивается возможность вращения вала вокруг своей оси.
К одному из концов коленчатого вала крепится маховик. Он необходим для того, чтобы передавать крутящий момент от коленчатого вала на трансмиссию. Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя предусматривает два оборота коленчатого вала на одну половину оборота с полезной работой. Остальные такты требуют обратных действий – это и обеспечивает маховик. Так как он имеет достаточно большой вес, то при вращении за счет кинетической энергии он поворачивает коленчатый вал на этапах подготовительных тактов.
На маховике по окружности имеется специальный зубчатый венец. При помощи данного узла можно запускать двигатель стартером. С другой стороны коленчатого вала имеется шестеренка масляного насоса и шестерня ГРМ. Также с обратной стороны имеется фланец, на который крепится шкив.
Узел включает в себя и шатуны. Они позволяют передать усилие от поршней к коленчатому валу и наоборот. Шатуны также подвижно закреплены на коленчатом валу. Прямого контакта между поверхностями блока цилиндров, коленчатым валом и шатунами нет – эти детали работают через подшипники скольжения.
Основные элементы бензинового двигателя
Основным рабочим элементом ДВС является поршень, соединенный с коленчатым валом специальным шатуном. Это образует кривошипно-шатунный механизм, который преобразует возвратно-поступательные перемещения поршней в рабочий ход (вращение) коленвала.
Для обеспечения нужной компрессии в цилиндрах двигателя, поршень оснащается уплотняющими чугунными кольцами. На современных бензиновых двигателях могут устанавливаться узкие кольца (высотой не более 2 мм) и широкие поршневые кольца (высотой до 3 мм).
Элемент, соединяющий поршень и коленвал. Шатуны изготавливаются из высокопрочной стали, реже – из алюминия. Рабочее шатунное вращение всегда является двухсторонним.
Поступательные поршневые движения преобразуются во вращательные движения вала, который отвечает за вращение автомобильных колес.
ДВС оснащен специальными клапанами – впускными и выпускными. Они предназначены для впуска воздушной массы и вывода выхлопных газов, полученных в процессе сгорания топлива.
Для обеспечения процесса воспламенения ТС в камере, бензиновые двигатели оснащаются свечами зажигания. Электрическая свеча зажигает ТС в определенный момент его подачи и прохождения поршня.
Вспомогательные рабочие системы бензинового двигателя
Источник
Цилиндропоршневая часть
Данная часть представляет собой цилиндры или гильзы, поршни, поршневые кольца и пальцы. Именно на этих деталях основан принцип работы бензинового двигателя. Здесь выполняется вся работа. В цилиндрах сгорает топливо, а выделенная энергия преобразовывается во вращение коленчатого вала. Горение происходит внутри цилиндров, которые с одной стороны закрыты ГБЦ, а с другой – поршнями. Поршень свободно перемещается внутри цилиндра.
Принцип работы бензинового двигателя основывается не только на сгорании топлива, но и на сжатии топливовоздушной смеси. Чтобы обеспечивать это, нужна герметичность. Она обеспечивается поршневыми кольцами. Последние предотвращают попадание топливной смеси и продуктов горения между поршнем и цилиндром.
Почему двигатель не работает?
Допустим, Вы выходите утром к машине и начинаете её заводить, но она не заводится. Что может быть не так? Теперь, когда Вы знаете, как работает двигатель, можно понять основные вещи, которые могут помешать двигателю завестись. Три фундаментальные вещи могут случиться:
Да, есть ещё тысячи незначительных вещей, которые могут создать проблемы, но указанная “большая тройка” является чаще всего следствием или причиной одной из них. На основе простого представления о работе двигателя мы можем составить краткий список того, как эти проблемы влияют на двигатель.
Плохая топливная смесь может быть следствием одной из причин:
Отсутствие сжатия – если заряд воздуха и топлива не могут быть сжаты должным образом, процесс сгорания не будет работать как следует. Отсутствие сжатия может происходить по следующим причинам:
Отсутствие искры может быть по ряду причин:
И вот ещё ряд причин, по которым двигатель может не работать, и здесь мы затронем некоторые детали за пределами двигателя:
В правильно работающем двигателе все эти факторы находятся в пределах допуска. Как Вы можете видеть, двигатель имеет ряд систем, которые помогают ему сделать свою работу преобразования топлива в движение безупречной. Мы же рассмотрим различные подсистемы, используемые в двигателях, в следующих разделах.
Большинство подсистем двигателя может быть реализована с использованием различных технологий, и лучшие технологии могут значительно повысить производительность двигателя. Вот почему развитие автомобилестроения продолжается высочайшими темпами, ведь конкуренция среди автоконцернов достаточно велика, чтобы вкладывать большие деньги в каждую дополнительно выжатую лошадиную силу из двигателя при том же объёме. Давайте посмотрим на различные подсистемы, используемые в современных двигателях, начиная с работы клапанов в двигателе.
ГРМ двухтактного двигателя
Если рассмотреть принцип работы двухтактного бензинового двигателя, то в нем механизм ГРМ как таковой отсутствует. Здесь впрыск топливной смеси и выпуск отработанных газов выполняется посредством технологических окон в цилиндре. Различают три окна – впускное окно, выпускное, перепускное.
Когда поршень двигается, то он тем самым открывает или закрывает то или иное окно. Цилиндр наполняется топливом, также отводятся газы. При таком механизме газораспределения не нужно никаких дополнительных деталей. Поэтому головка блока цилиндров в двухтактных моторах простая. Ее функции заключаются лишь в обеспечении максимальной герметичности.
ГРМ 4-тактного ДВС
4-тактный мотор оснащен полноценным механизмом ГРМ. Топливо в данном случае впрыскивается через отверстия в ГБЦ, связанные с клапанами. При необходимости подачи или отвода выхлопных газов, соответствующие клапана открываются и закрываются. Последние могут открываться и закрываться посредством распределительного вала. На нем имеются специальные кулачки.
Система питания
Главная задача данной системы – приготовить топливную смесь и обеспечивать дальнейшую подачу ее в камеры сгорания. Конструкция очень зависит от принципа работы бензинового двигателя автомобиля.
Бензиновые двигатели могут иметь два вида топливных систем – карбюратор и инжектор. В первом случае для приготовления смеси служит карбюратор. Он смешивает, дозирует и подает смесь топлива и воздуха в камеры сгорания. Инжектор же впрыскивает топливо под давлением в топливную рампу, откуда через форсунки бензин попадает в цилиндры.
В инжекторных автомобилях принцип работы системы питания бензинового двигателя другой, за счет чего дозировка более точная. Кроме того, воздух в инжекторе смешивается с бензином во впускном коллекторе. Форсунка в отличие от карбюратора лучше распыляет топливо.
Топливная система дизельных двигателей отличается. Здесь впрыск осуществляется раздельно для каждого цилиндра. ГРМ подает в камеры сгорания только воздух. Система включает в себя бак, фильтры, топливные насосы, магистрали.
Как работает ДВС?
Принцип работы двигателя автомобиля – циклический, каждый цикл состоит из 4 тактов (отсюда второе название силовых агрегатов – четырехтактные):
- Впуск – поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней, втягивая горючую смесь. Последняя подается через открытый впускной клапан.
- Сжатие. Оба клапана закрыты, поршень прошел нижнюю точку и двигается вверх, сдавливая топливовоздушную смесь.
- Рабочий ход. После воспламенения сжатой смеси искрой от свечи выделяются расширяющиеся газы. Поршень, прошедший ВМТ, под давлением газов снова уходит вниз – совершается полезная работа.
- Выпуск. Открывается выхлопной клапан и поршень выталкивает отработанные газы из цилиндра и камеры сгорания.
Как нетрудно догадаться, рабочим телом в двигателе служит раскаленная смесь газов, выделяющаяся при сжигании топлива. Она передает энергию горения поршням, шатунам и коленчатому валу, проделывая механическую работу. Причем во всех цилиндрах протекают разные циклы: в одном – сжатие, в другом – выхлоп, в третьем – рабочий ход, в четвертом – всасывание.
По сути, движение автомобиля обеспечивает только один цилиндр, в котором происходит цикл рабочего хода. Затем эстафета передается следующему цилиндру – поршни вращают коленчатый вал поочередно. Чтобы понять роль основных деталей мотора, предлагается подробнее разобрать алгоритм работы ДВС:
- На цикле всасывания коленвал посредством ремня (цепи) поворачивает распределительный вал в такое положение, чтобы кулачок нажал и открыл впускной клапан соответствующего цилиндра.
- В этот момент форсунка инжектора либо карбюратор подает в камеру готовую топливную смесь. Одновременно в соседних цилиндрах клапаны открываются либо открыт только выпускной – в зависимости от происходящего цикла.
- Дальнейшее вращение распредвала закрывает клапан и происходит сжатие горючего в замкнутом пространстве.
- При максимальном сжатии (поршень находится в ВМТ) система зажигания посылает импульс на электроды свечи. Искра поджигает смесь и начинается рабочий ход, клапаны остаются закрытыми.
- Когда полезная работа совершена, другой кулачок распределительного вала открывает второй (выпускной) клапан. Через него отработанные газы, выталкиваемые поршнем, уходят в выхлопную трубу.
Рекомендуем: EGR в дизельном двигателе: что это такое
От коленчатого вала в двигателе автомобиля постоянно вращается шестеренчатый привод масляного насоса, чья главная задача – создавать давление в каналах и бесперебойно смазывать все подшипники скольжения (вкладыши). Циркуляцию жидкости в системе охлаждения обеспечивает помпа, вращаемая ремнем привода ГРМ либо генератора.
Турбонаддув
Современные автомобили оснащаются небольшими малообъемными двигателями, но многие из них имеют достаточную мощность. Ее получают за счет применения турбин. Принцип работы турбины на бензиновом двигателе основан на использовании отработанных газов. Газы вращают крыльчатку турбины, а та под давлением нагнетает воздух в камеры сгорания. Чем больше воздуха, тем больше топлива будет подано, отсюда и мощность.
Охлаждающая система
В процессе работы мотора он существенно нагревается. В цилиндрах температура может достигать 800 градусов. Чтобы поддерживать оптимальную рабочую температуру, необходима система охлаждения. Главная задача – отвести лишнее тепло от цилиндров, поршней и других деталей.
Воздушная система состоит из специальных поверхностей на блоке, которые охлаждаются за счет обдува их воздухом. Жидкостная система предусматривает рубашку охлаждения, в которой циркулирует антифриз. Он находится в прямом контакте с внешней поверхностью цилиндров. Система состоит из помпы, термостата, патрубков для соединения магистралей, расширительного бачка и термостата.
Как работает охлаждение?
Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует через проходы (каналы) вокруг цилиндров, а затем проходит через радиатор, чтобы тот её максимально охладил. Однако, существуют такие модели автомобилей (в первую очередь Volkswagen Beetle (Жук)), а также большинство мотоциклов и газонокосилок, которые имеют двигатель с воздушным охлаждением. Вы вероятно, видел такие двигатели с воздушным охлаждением, сбоку которых расположены эдакие плавники – ребристая поверхность, украшающие снаружи каждый цилиндр, чтобы помочь рассеять тепло.
Рекомендуем: Чем отличается тосол от антифриза и можно ли их смешивать?
Воздушное охлаждение делает двигатель легче, но горячее, и как правило, уменьшается срок службы двигателя и общая производительность. Так что теперь Вы знаете, как и почему Ваш двигатель остаётся не перегретым.
Электрическое оборудование
За счет данного оборудования осуществляется подача электричества в бортовую сеть автомобиля. Электричество необходимо для работы системы зажигания, стартера и других устройств. Электрооборудование – это аккумулятор, генератор, стартер, датчики. Хоть принципы работы бензинового и дизельного двигателя различаются, электрооборудование имеется и на дизельном ДВС.
