Причины возникновения шума в работе двигателя

Шум работы двигателя современных автомобилей почти неслышен, но на холостом ходу при прогреве он превышает обычный уровень, и это не должно вызывать беспокойства. Но если при работе двигателя появляются стук, приглушенные удары, шелестящие и другие необычные звуки, то это свидетельствует о неисправности двигателя, требующее неотложного вмешательства.

Проще говоря, при появлении необычных звуков в двигателе, которые ранее слышны не были, требуется вмешательство опытных профессионалов, и первое, что они должны сделать – провести тщательную диагностику силового агрегата автомобиля в автосервисе. Проблема, чаще всего, заключается в шатунно-поршневой группе, а в таком случае потребуется капитальный ремонт автомашины. Причина появления стука – люфт коленвала двигателя.

Более общие причины излишне громкой работы двигателя на холостом ходу заключаются в следующем:

1. Электронный блок управления двигателем увеличивает обороты во избежание его остановки.
2. Увеличенные зазоры также являются одной из причин повышенной шумности работающего двигателя. Такие увеличенные зазоры между поверхностью цилиндров и поршней способствуют усилению нагрузки на агрегаты и, естественно, шума. При нагревании деталей во время прогрева двигателя зазоры уменьшаются, и шум стихает.
3. При значительном пробеге автомобиля свыше 100 000 км причиной появления необычного звука могут стать гидрокомпенсаторы. Закоксованность каналов может стать препятствием для работы масляного насоса и поступления масла внутрь двигателя. При этом слышен характерный «цокот», который по мере прогревания двигателя уменьшается, а затем исчезает.

Повышение частоты оборотов двигателя непрогретого двигателя происходит путем обогащения топливной смеси. Этим компенсируется несгоревшее горючее, причиной появления которого является пониженная температура двигателя. Кроме того, повышенные обороты необходимы для стабильности работы и достаточной смазки трущихся поверхностей деталей, поскольку, в связи с увеличенной вязкостью масла при низкой температуре, работа масляного насоса затруднена.

Увеличение числа оборотов при прогреве также необходимо для быстрого достижения оптимальной температуры катализатором и сокращения токсичности выхлопных газов.

По мере повышения температуры двигателя блок управления снижает обороты, и шум становится слабее. Снижению шума после прогрева также способствует сокращение зазоров и снижение вязкости масла. Поэтому увеличенный шум при прогреве двигателя не является признаком неисправности автомашины.

Неисправности, повышающие уровень шума двигателя

При появлении неестественных звуков в работающем двигателе водитель пытается понять их причину и, когда он приходит к определенному выводу, стремится устранить неисправность своими силами либо привлечь своих знакомых, имеющих необходимый опыт.

Наиболее существенные неисправности, вызывающие необычный шум в работающем двигателе:

• Использование масел и горючего низкого качества;
• Неисправности смазочной системы;
• Несоответствующий температурный режим;
• Неполадки системы зажигания;
• Изношенность ремня механизма газораспределения;
• Неисправность гидрокомпенсаторов;
• Неполадки в ГРМ;
• Неустойчивая работа регулятора холостого хода;
• Неисправность электрических систем.

В таком количестве неисправностей, которые вызывают посторонние, или более мощные, шумы силового агрегата, может разобраться только специалист автосервиса, куда и следует обратиться.

Промедление в этом случае повлечет за собой серьезную поломку и необходимость дорого капитального ремонта двигателя,

Топливо низкого качества

При заливке в бензобак АИ-92 вместо требуемого АИ-95 возникает преждевременная детонация, которая приводит к быстрому износу силового агрегата.

Неполадки системы смазки

Недостаточное количество смазочной жидкости в системе приводит к падению давления. Вследствие этого трущиеся поверхности деталей окажутся без достаточной смазки, что приведет к их преждевременному износу. Также недопустимо применение масел низкого качества либо несоответствующих типу двигателя, вязкость которых не позволит качественную смазку механизмов. В этом случае возросшую нагрузку на двигатель будет сопровождать повышенный уровень шума его работы.

Еще одна причина громко работающего двигателя – недостаточная смазка деталей двигателя, которые при повышении температуры увеличиваются в размерах и начинают без смазки с шумом соприкасаться с другими механизмами и деталями силового агрегата.

Попадание охлаждающей жидкости в систему смазки приводит к разбавлению масла и потерю им необходимых смазочных свойств. При этом износ двигателя значительно превышает установленные нормы. При попадании в систему смазки охлаждающей жидкости необходимо без промедления заменить масло, залив требуемый тип для данного двигателя.

Система охлаждения

Причиной преждевременной детонации может стать превышение допустимой температуры двигателя вследствие повреждения термостата. При такой неисправности охлаждающая жидкость не будет поступать в радиатор в достаточном количестве, что приведет к перегреву двигателя.

При поломке термостата также возможно поступление излишней охлаждающей жидкости в радиатор, что приводит к повышенному уровню шума его функционирования. Такая неисправность устраняется путем очистки термостата либо его заменой.

Неполадки системы зажигания

Свечи зажигания, не соответствующие типу двигателя, приводят к детонации горючего и повышенному уровню шума, чрезмерной вибрации, увеличенному расходу горючего и снижению мощности двигателя.

Износ ремня газораспределительного механизма

Со временем натяжение ремня ослабевает и при увеличении числа оборотов двигатель шумит громче обычного. При чрезмерном натяжении ремня возникают шелестящие звуки, которые издают подшипники ГРМ.

Недостаточное натяжение цепи приводит к возникновению шума, похожего на металлический шелест и треск. Некоторые определяют это шум как «гул и рык».

Неисправность глушителя

Выхлопная система автомобиля состоит из многих деталей, а глушение шума начинается от двигателя. Чем больше пробег автомобиля, тем большему износу подвергается его выхлопная система. Чаще всего выходит из строя прокладка между глушителем и двигателем.

По этой причине уровень шума возрастает. Для устранения неисправности выхлопной системы в большинстве случаев необходимо, установив причину, устранить ее путем приведения глушителя в рабочее состояние, заварив дефекты, либо заменить прокладки, либо глушитель.

Шум гидрокомпенсаторов

На холостом ходу непрогретый двигатель шумит чаще всего из-за гидрокомпенсаторов. При замене изношенных гидрокомпенсаторов облегченными новыми, уровень шума повышается, при этом бензиновый шумит так же как дизельный.

Восьмиклапанный двигатель производства ВАЗ не имеет гидрокомпенсаторов. По этой причине такой двигатель нуждается в периодической регулировке клапанов. Если этого не сделать, то специфический шум при работе двигателя в значительной мере возрастет. Двигатель с отрегулированными клапанами работает почти бесшумно.

Неполадки в газораспределительной системе

Установка в клапанах уменьшенного зазора вызывает нарушения функционирования агрегата и увеличенный уровень шума. Неисправность устраняется регулировкой величины зазора.

Неполадки топливного насоса в дизельном двигателе

Повышенный шум при работе дизельного двигателя, скорее всего, вызывается соударениями плунжера топливного насоса о другие детали агрегата. Эта неисправность, связанная с топливом несоответствующего качества, обнаруживается и на холостом ходу, и при разгоне автомобиля.

Неисправность регулятора холостого хода

Загрязнение регулятора холостого хода вызывает вибрацию двигателя и повышенный шум на холостых оборотах. В движении эти признаки исчезают. Очистка регулятора устраняет эту неисправность.

Неполадки электрической системы

Неисправности электрической системы автомобиля проявляются в неустойчивой работе двигателя, образованию некачественной топливовоздушной смеси, перебоях в функционировании систем охлаждения, зажигания и иных систем. При всех этих неисправностях уровень шума двигателя превышает обычный, но ими не исчерпываются причины повышенной шумности.

В частности такими причинами могут стать изношенность крепления двигателя, а также прокладок блока цилиндров.

Такие неисправности можно устранить как своими силами, так и привлекая специалистов автосервиса.

Неисправность коленчатого вала

Увеличенный уровень шума как бензинового, так и дизельного двигателя может вызываться истиранием вкладышей либо шеек коленчатого вала, износом подшипников, недостаточным количеством смазки, проникновением антифриза либо воды в систему смазки.

Подводя итоги можно сказать, что главными причинами повышенного уровня шума при работе двигателя являются неполадки:

• выхлопной системы;
• механизма газораспределения;
• генератора, в том числе износ подшипников или ремня;
• другие неисправности, при которых «двигатель застучал».

Посторонние шумы в моторе — ищем причину — журнал За рулем

Как определить неисправность по цвету выхлопа?

Диагностика мотора на слух – целое искусство. Обладают этим даром только опытные и профессиональные автомобильные доктора. В одном сервисе могут ошибиться в диагнозе из-за недостатка опыта, а в другом намеренно пойдут на обман, дабы развести клиента на капитальный ремонт.

При любом постороннем шуме мотора (особенно при стуке или грохоте) необходима вдумчивая диагностика. Однако у самых распространенных звуков есть свои закономерные причины, понять которые под силу и рядовому автовладельцу. Это поможет примерно оценить затраты и уберечься от обмана в сервисе.

Увы, диагностика на слух по большей части применима к бензиновым агрегатам. Из-за естественной шумности работы услышать и идентифицировать посторонние звуки у дизелей крайне сложно.

Привод навесного оборудования

Классический свистящий звук изношенного навесного ремня не так уж прост. Сильнее он проявляется при работе холодного мотора в зимний период, до момента его прогрева. Однако часто характер шума иной – возможен гул или металлические звуки. И круг подозреваемых значительно расширяется: от уставших роликов до деформации одного из шкивов (из-за чего он периодически касается крышки мотора) или подклинивания прижимного диска муфты компрессора кондиционера.

Помпа замедленного действия: о чем умалчивают на ВАЗе

Вычислить, ремень ли это свистит, очень просто. Достаточно побрызгать на него «вэдэшкой» или аналогичной универсальной смазкой во время работы мотора. Если посторонний шум пропал полностью или значительно стих, с его источником всё ясно. Ремню грозит не только естественный износ в виде трещин – он еще и неизбежно дубеет. При прогреве мотора эластичность ремня частично восстанавливается, поэтому посвистывания сходят на нет. В возникновении металлических звуков иногда виноваты мелкие камешки, попадающие в ручейки ремня и контактирующие со шкивами.

Исправность роликов в большинстве случаев можно проверить, сняв ремень и оценив их люфт. Гораздо реже приходится применять стетоскоп. Иногда подшипники роликов гудят или рокочут без заметного люфта.

До инфаркта могут довести владельца водяной насос или генератор. При износе подшипников они гремят так, будто в металлическом ведре болтаются стальные шарики. При этом не всегда их шкивы имеют ощутимый люфт, а «помпа» – еще и видимую течь. Без стетоскопа предварительно выявить этих виновников можно простым приемом: надо снять навесной ремень и пустить мотор. Такая кратковременная проверка не опасна для двигателя. Разумеется, описанный прием применим лишь к моторам с цепным приводом ГРМ, когда водяной насос приводится в движение навесным ремнем. В противном случае таким способом «помпу» не проверишь.

Привод ГРМ

Грохот в первые секунды после пуска холодного мотора, как будто встряхнули ведро с болтами, говорит о том, что виноват или натяжитель цепи ГРМ, или изношенная муфта механизма изменения фаз газораспределения. Такой характерный звук сложно с чем-то спутать.

Рейтинг надежности моторов-2: теперь — два с хвостиком

В фазовращателях со временем разбивает внутренние элементы, и они грохочут, пока полости не заполнятся маслом.

Помимо естественного износа проблемы с натяжителем цепи ГРМ могут быть связаны с его конструкцией. Натяжитель работает благодаря подаче масла под давлением, при этом у многих натяжителей не предусмотрен запорный клапан. По этой причине после остановки двигателя масло в ряде случаев беспрепятственно стекает из корпуса, и цепь провисает. После пуска мотора нужно некоторое время, чтобы восстановить рабочее давление жидкости в натяжителе.

Если цепь растянулась, она шумит постоянно. При этом возникает рассогласование фаз, что оборачивается более жесткой работой мотора – вплоть до того, что бензиновый агрегат может звучать как дизель. Важно понимать, что уже при небольшом растяжении цепи, еще до появления легкого постукивания, современные моторы начинают терять в динамике и нестабильно заводятся при холодных пусках.

Клапанный механизм

Неправильные зазоры в клапанном механизме вызывают отчетливый звонкий стук. Его частота увеличивается с ростом оборотов мотора. Температура двигателя на характер звука не влияет.

Практически идентичный стук издают изношенные гидрокомпенсаторы. Однако для некоторых двигателей шум в первые секунды после холодного пуска – нормальное явление: требуется некоторое время на заполнение их маслом. Постоянный же стук говорит о выходе из строя гидротолкателей: внутренние клапаны перестают удерживать масло, давление внутри компенсатора падает и увеличивается зазор в клапанном механизме – это и вызывает стук.

Продолжительность жизни компенсаторов напрямую зависит от чистоты масла (читай: от интервалов замены) и его давления.

Цилиндропоршневая группа

Стук цилиндропоршневой группы связан с чрезмерными зазорами, появляющимися вследствие износа деталей. Он напоминает звук, возникающий из-за гидрокомпенсаторов или клапанов, только более глухой. В зависимости от величины зазоров стук поршней может быть постоянным или пропадать после прогрева мотора.

Почему моторы умирают раньше срока: страшные сказки

Временный стук, который многие автовладельцы порой даже не слышат, часто возникает из-за локального перегрева цилиндров и поршней. С современными моторами это может произойти, даже если не было общего перегрева с закипанием антифриза. По причине локального повышения температуры ведет юбку поршня, он теряет конусность, зазор между ним и стенкой цилиндра увеличивается – в итоге при его перекладке в верхней мертвой точке возникает стук. С прогревом мотора тепловые зазоры уменьшаются и посторонний шум пропадает – чего практически не происходит при серьезном износе цилиндра.

В случае деформации поршня можно отделаться малой кровью, заменив лишь собственно поршни. А вот постоянный стук поршней говорит о чрезмерных зазорах, и тут уж неизбежен капитальный ремонт двигателя.

Вкладыши

Критический износ шатунных и коренных вкладышей коленвала становится причиной звонкого грохота – как будто долбят молотком по стали. Его частота возрастает с увеличением оборотов и не зависит от рабочей температуры двигателя. Особенно сильно грохот проявляется под нагрузкой. Проще всего это смоделировать на машинах с автоматом, проведя столл-тест (stall-test): удерживая педаль тормоза, чтобы автомобиль не тронулся с места, селектор трансмиссии нужно перевести в положение «драйв» и кратковременно повышать до средних обороты мотора – посторонние шумы будут слышны отчетливо.

Заслонки во впускном трубопроводе

Промывка двигателя при замене масла: на пользу или во вред?

Многих сервисменов и автовладельцев сбивает с толку стук заслонок во впускном трубопроводе. На холостых оборотах мотора этот шум очень похож на тот, что издают умершие гидрокомпенсаторы. Но под нагрузкой звук приобретает явный «пластмассовый» тон. Так шумит ось заслонок, которая со временем изнашивается в посадочных местах и начинает вибрировать.

Колебания убитой оси отчетливо слышны стетоскопом. Неисправность оси можно отловить и без «прибора», если удастся подлезть к ее концу, выходящему из коллектора, или к тяге от привода. Немного прижав «хвост», к примеру, отверткой, вы временно исключите вибрацию – и шум пропадет. Кстати, не спешите менять дорогостоящий трубопровод в сборе: неисправную деталь можно отремонтировать.

Благодарим ООО «Иномотор» (Москва) за помощь в подготовке материала.

Эксплуатация авиационного газотурбинного двигателя

Представленные здесь процедуры эксплуатации двигателей в основном применимы к турбовентиляторным, турбовинтовым, турбовальным и вспомогательным силовым установкам (ВСУ). Приведенные ниже процедуры, значения давления, температуры и оборотов в минуту предназначены в первую очередь для использования в качестве ориентира. Следует понимать, что они не имеют общего применения. Перед запуском и эксплуатацией любого газотурбинного двигателя следует ознакомиться с инструкциями по эксплуатации производителя.

ТРДД имеет только один рычаг управления мощностью. Регулировка рычага мощности или рычага дроссельной заслонки устанавливает условие тяги, при котором система управления подачей топлива дозирует топливо в двигатель. Двигатели, оборудованные реверсором тяги, переходят на реверс тяги при положении дроссельной заслонки ниже холостого хода. На двигателях, оборудованных реверсорами тяги, обычно предусмотрен отдельный рычаг отключения подачи топлива.

Перед стартом особое внимание следует уделить воздухозаборнику двигателя, визуальному состоянию и свободному перемещению узла компрессора и турбины, а также зоне парковочной рампы в носовой и кормовой части самолета. Запуск двигателя осуществляется с помощью внешнего источника воздушной энергии, ВСУ или уже работающего двигателя. Типы стартеров и цикл запуска двигателя обсуждались ранее. На многомоторных самолетах двигатели обычно запускаются бортовой ВСУ, которая подает давление воздуха для пневматического стартера на каждом двигателе. Воздух, отбираемый от ВСУ, используется в качестве источника энергии для запуска двигателей.

Во время запуска необходимо следить за тахометром, давлением масла и температурой выхлопных газов. Обычная последовательность запуска:

1. Вращение компрессора стартером;
2. Включить зажигание; и
3. Откройте топливный клапан двигателя, либо переведя дроссельную заслонку в положение холостого хода, либо переместив рычаг отсечки подачи топлива, либо повернув переключатель.

Соблюдение процедуры, предписанной для конкретного двигателя, необходимо в качестве меры безопасности и во избежание горячего или зависшего запуска. Успешный запуск отмечается прежде всего по повышению температуры выхлопных газов. Если двигатель не зажигается, что означает, что топливо начинает сгорать внутри двигателя в течение заданного периода времени, или если превышен предел стартовой температуры выхлопных газов, горячий пуск, процедуру пуска следует прервать. Горячие пуски не являются обычным явлением, но когда они происходят, их обычно можно вовремя остановить, чтобы избежать перегрева, постоянно наблюдая за температурой выхлопных газов во время запуска. При необходимости двигатель очищают от захваченного топлива или газов, продолжая вращать компрессор стартером, но с выключенным зажиганием и подачей топлива. Если двигатель не заглох во время запуска по истечении отведенного времени, около 10 секунд, хотя это время варьируется от двигателя к двигателю, необходимо перекрыть подачу топлива, поскольку двигатель заполняется несгоревшим топливом. Зависший старт — это когда двигатель выключается, но двигатель не разгоняется до холостых оборотов.

Наземная операция Пожар двигателя

Переместите рычаг отключения подачи топлива в положение «Выкл. », если происходит возгорание двигателя или если во время пускового цикла загорается сигнальная лампа пожарной сигнализации. Продолжайте проворачивать или вращать двигатель до тех пор, пока огонь не будет удален из двигателя. Если пожар не прекращается, CO2 может быть выброшен во впускной канал во время проворачивания коленчатого вала. Не выпускайте CO2 непосредственно в выхлопную систему двигателя, так как это может привести к повреждению двигателя. Если пожар не удается потушить, заблокируйте все переключатели и покиньте самолет. Если возгорание происходит на земле под сливом двигателя за борт, сбрасывайте CO2 на землю, а не на двигатель. Это также верно, если огонь находится в выхлопной трубе, а топливо капает на землю и горит.

Проверки двигателей

Проверка правильности работы турбовентиляторных двигателей состоит, прежде всего, в простом считывании показаний приборов двигателя и последующем сравнении наблюдаемых значений с теми, которые, как известно, являются правильными для любого заданного режима работы двигателя. После пуска двигателя, достижения оборотов холостого хода и стабилизации показаний прибора необходимо проверить удовлетворительную работу двигателя на холостом ходу. Показания указателя давления масла, тахометра и температуры выхлопных газов следует сравнить с допустимыми диапазонами.

Проверка взлетной тяги

Взлетная тяга проверяется путем регулировки дроссельной заслонки для получения одного прогнозируемого показания индикатора степени сжатия двигателя в самолете. Значение коэффициента сжатия двигателя, которое представляет собой взлетную тягу для преобладающих атмосферных условий окружающей среды, рассчитывается на основе кривой настройки взлетной тяги или, на более новых самолетах, является функцией бортового компьютера. Эта кривая рассчитана для статических условий. [Рисунок] Таким образом, для всех точных проверок тяги самолет должен быть неподвижен, и должна быть установлена ​​стабильная работа двигателя. Если это необходимо для расчета тяги при проверке дифферента двигателя, на этих кривых также отображается давление нагнетания турбины (Pt7). Таблицы для конкретной марки и модели двигателя следует искать в соответствующих руководствах. Процедура дифферентовки двигателя также описана в разделе «Топливо двигателя и системы учета топлива». Степень повышения давления в двигателе, рассчитанная по кривой настройки тяги, представляет собой тягу или более низкую тягу, называемую частью мощности тяги, используемую для испытаний. Дроссель самолета продвигается вперед, чтобы получить это прогнозируемое значение на индикаторе коэффициента давления в двигателе, или на самолете включается частичная остановка мощности. Если двигатель развивает прогнозируемую тягу и если показания всех других приборов двигателя находятся в надлежащих пределах, работа двигателя считается удовлетворительной. Полноправные цифровые средства управления двигателем (FADEC) Средства управления двигателем (компьютерное управление) также имеют средства проверки двигателя с отображением результатов в кабине экипажа.

Типовая кривая настройки взлетной тяги для статических условий

Внешние условия чувствительность газотурбинных двигателей к температуре и давлению воздуха на входе в компрессор требует особого внимания для получения правильного значения для преобладающих условий окружающего воздуха при расчете взлетной тяги.

Следует помнить следующее:

1. Двигатель измеряет температуру и давление воздуха на входе в компрессор. Это фактическая температура воздуха непосредственно над поверхностью взлетно-посадочной полосы. Когда самолет неподвижен, давление на входе компрессора представляет собой статическое поле или истинное барометрическое давление, а не барометрическое давление с поправкой на уровень моря, которое обычно сообщается диспетчерскими вышками аэропорта в качестве настройки высотомера. В двигателях FADEC компьютер считывает эту информацию и отправляет ее в органы управления двигателем.
2. Измеренная температура — это общая температура воздуха (TAT), используемая несколькими бортовыми компьютерами. Органы управления двигателем настраивают компьютеры двигателя в соответствии с ТАТ.
3. Относительная влажность, которая заметно влияет на мощность поршневого двигателя, оказывает незначительное влияние на тягу газотурбинного двигателя, расход топлива и число оборотов в минуту. Поэтому относительная влажность обычно не учитывается при расчете тяги для взлета или определении расхода топлива и оборотов в минуту для обычной эксплуатации.

СВЯЗАННЫЕ ПОСТЫ

Механическая эксплуатация двигателя — Исследовательский центр Гленна

Это анимированный компьютерный рисунок одного цилиндра авиационного двигателя братьев Райт 1903 года. Этот двигатель приводил в движение первый, тяжелее воздуха, самоходный, маневренный, пилотируемый самолет; флаер Райта 1903 года. Двигатель состоял из четырех цилиндров, подобных показанному выше, причем каждый поршень был соединен с общим коленчатым валом. Коленчатый вал был соединен с двумя винтами, вращающимися в противоположных направлениях, которые создавали тягу, необходимую для преодоления лобового сопротивления самолета.

Конструкция братьев очень проста по сегодняшним меркам, поэтому это хороший двигатель для изучения студентами основ работы двигателя. Этот тип двигателя внутреннего сгорания называется четырехтактным двигателем, потому что перед повторением всей последовательности запуска двигателя происходит четыре движения (хода) поршня. Четыре такта описаны ниже с некоторыми неподвижными рисунками для описания работы двигателя. На анимации и на всех рисунках система впуска топлива и воздуха окрашена в красный цвет, электрическая система — в зеленый, а система выпуска — в синий. Мы также изображаем топливно-воздушную смесь и выхлопные газы маленькими цветными шариками, чтобы показать, как эти газы проходят через двигатель. Поскольку речь пойдет о движении различных частей двигателя, вот рисунок, показывающий названия деталей:

Такт впуска

Цикл двигателя начинается с такта впуска, когда поршень подтягивается к коленчатому валу (влево на рисунке).

Впускной клапан открыт, и топливо и воздух всасываются мимо клапана в камеру сгорания и цилиндр из впускного коллектора, расположенного в верхней части камеры сгорания. Выпускной клапан закрыт, а электрический контактный выключатель разомкнут. Топливно-воздушная смесь находится под относительно низким давлением (около атмосферного) и на этом рисунке окрашена в синий цвет. В конце такта впуска поршень находится в крайнем левом положении и начинает двигаться назад вправо.

Цилиндр и камера сгорания заполнены топливно-воздушной смесью низкого давления, и когда поршень начинает двигаться вправо, впускной клапан закрывается.

Историческая справка – Открытие и закрытие впускного клапана двигателя Wright 1903 братья назвали «автоматическим». Он основан на несколько более низком давлении внутри цилиндра во время такта впуска, чтобы преодолеть силу пружины, удерживающей клапан закрытым. Современные двигатели внутреннего сгорания не работают таким образом, а используют кулачки и коромысла, как выхлопная система братьев. Кулачки и коромысла обеспечивают лучший контроль и синхронизацию открытия и закрытия клапанов.

Такт сжатия

Когда оба клапана закрыты, цилиндр и камера сгорания образуют полностью закрытый сосуд, содержащий топливно-воздушную смесь. Когда поршень толкается вправо, объем уменьшается, и топливно-воздушная смесь сжимается во время такта сжатия.

Во время сжатия топливовоздушной смеси тепло не передается. Поскольку объем уменьшается из-за движения поршня, давление в газе увеличивается, как описано в законах термодинамики. На рисунке смесь окрашена в желтый цвет, чтобы обозначить умеренное повышение давления. Чтобы создать повышенное давление, мы должны совершить работу над смесью, точно так же, как вы должны совершить работу, чтобы накачать велосипедную шину с помощью насоса. Во время такта сжатия электрический контакт остается разомкнутым. Когда объем наименьший, а давление самое высокое, как показано на рисунке, контакт замкнут, и через штекер протекает электрический ток.

Рабочий ход

В начале рабочего хода электрический контакт размыкается. Внезапное размыкание контакта вызывает искру в камере сгорания, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. При быстром сгорании топлива выделяется тепло и образуются выхлопные газы в камере сгорания.

Поскольку впускной и выпускной клапаны закрыты, сгорание топлива происходит в полностью закрытом (и почти постоянного объема) сосуде. Сгорание увеличивает температуру выхлопных газов, любого остаточного воздуха в камере сгорания и самой камеры сгорания. Согласно закону идеального газа, повышение температуры газов также приводит к увеличению давления в камере сгорания. Мы окрасили газы в красный цвет на рисунке, чтобы обозначить высокое давление. Высокое давление газов, действующих на поверхность поршня, заставляет поршень двигаться влево, что инициирует рабочий ход.

В отличие от такта сжатия, горячий газ воздействует на поршень во время рабочего такта. Сила на поршне передается штоком поршня на коленчатый вал, где прямолинейное движение поршня преобразуется в угловое движение коленчатого вала. Затем работа, выполняемая поршнем, используется для поворота вала и гребных винтов, а также для сжатия газов в такте сжатия соседнего цилиндра. После образования запальной искры электрический контакт остается разомкнутым.

Во время рабочего такта объем, занимаемый газами, увеличивается из-за движения поршня, и теплота не передается топливно-воздушной смеси. По мере увеличения объема из-за движения поршня давление и температура газа снижаются. Мы покрасили «молекулы» выхлопа в желтый цвет, чтобы обозначить умеренное давление в конце рабочего такта.

Историческая справка – Метод получения электрической искры, используемый братьями Райт, называется «замыкающим и размыкающим» соединением. Внутри камеры сгорания расположены движущиеся части. В современных двигателях внутреннего сгорания этот метод не используется, вместо этого для получения искры зажигания используется свеча зажигания. Свеча зажигания не имеет движущихся частей, что намного безопаснее метода, которым пользовались братья.

Такт выпуска

В конце рабочего такта поршень находится в крайнем левом положении. Тепло, оставшееся от рабочего хода, теперь передается воде в водяной рубашке, пока давление не приблизится к атмосферному давлению. Затем выпускной клапан открывается кулачком, нажимающим на коромысло, чтобы начать такт выпуска.

Целью такта выпуска является очистка цилиндра от отработавших газов для подготовки к следующему циклу зажигания. В начале такта выпуска цилиндр и камера сгорания заполнены продуктами выхлопа под низким давлением (обозначены синим цветом на рисунке выше). Поскольку выпускной клапан открыт, выхлопные газы проталкиваются через клапан и выходят из двигателя. Впускной клапан закрыт, а электрический контакт разомкнут во время этого движения поршня.

В конце такта выпуска выпускной клапан закрывается, и двигатель начинает новый такт впуска.

Историческая справка — Выхлопная система, используемая братьями Райт, заставляла горячий выхлоп выходить из каждого цилиндра независимо… прямо рядом с пилотом. Этот двигатель также был очень громким. Современные автомобили собирают выхлопные газы всех цилиндров в выпускной коллектор (так же, как впускной коллектор, используемый братьями). Выпускной коллектор пропускает выхлоп к каталитическому нейтрализатору для удаления опасных газов, затем через глушитель, чтобы он оставался тихим, и, наконец, через выхлопную трубу.

Теперь вы сможете понять смысл анимации в верхней части этой страницы. Обратите внимание, что коленчатый вал делает два оборота на каждый оборот кулачков. Это движение контролируется цепью синхронизации. Также обратите внимание, как кулачок перемещает выпускной клапан в нужное время и как быстро впускной клапан открывается после закрытия выпускного клапана. В реальном режиме работы двигателя такт выпуска не может вытолкнуть все выхлопные газы из цилиндра, поэтому реальный двигатель не работает так же хорошо, как идеальный двигатель, описанный на этой странице. Когда двигатель работает и нагревается, характеристики меняются. Современные автомобильные двигатели регулируют соотношение топлива и воздуха с помощью топливных форсунок, управляемых компьютером, для поддержания высокой производительности.