Как устроен ДВС снаружи и в разрезе
Машина едет за счёт вращения колёс, имеющих сцепление с дорогой. Колёса вращаются за счёт трансмиссии, передающей на них крутящий момент от двигателя. А вот этот самый крутящий момент является продуктом преобразования энергии сжигания топлива в механическую работу, для чего собственно и предназначен двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
В славное семейство ДВС входят роторные, газотурбинные и поршневые двигатели. Именно последние находятся под капотом львиной доли автомобилей для частной и коммерческой эксплуатации. О них и поговорим и рассмотрим схемы в разрезе далее.
Устройство двигателя
Итак, поршневой ДВС является сердцем большинства современных легковушек и включает в себя обязательный джентльменский набор из корпуса, двух механизмов и семи систем. Посмотрите одну из схем устройства двигателя в разрезе:
Корпус связывает в единое целое головку блока цилиндров, в которой находятся основные элементы
Системы Двигателя (ДВС) на схеме в разрезе
- Впускная. Горючее не сможет воспламениться без доступа кислорода, и именно впускная система обеспечивает забор, фильтрацию и подачу в нужном объёме воздуха в двигатель.
- Топливная обеспечивает питание мотора. Для современных двигателей в качестве горючего используются бензин, ДТ, биотопливо, водород, как перспективное топливо, сводящее к минимуму отрицательное воздействие на окружающую среду.
- Зажигание обеспечивает воспламенение рабочей смеси. В дизельных двигателях происходит её самовоспламенение.
- Смазка для циркуляции моторного масла, снижающего трение между движущимися частями, создающего защитные плёнки на рабочих поверхностях и нивелирующего негативные эффекты от металлической микро стружки, продуктов сгорания и других вредных факторов работы мотора.
- Охлаждение. Наиболее распространённым является охлаждение ДВС путём принудительной циркуляции антифризов, на худой конец — воды. Есть примеры и воздушного охлаждения мотора, такие как канувший в лету “Запорожец” и широко известный в узких кругах “Porsche 911”.
- Выпускная система отводит от двигателя продукты сгорания, их частичную нейтрализацию и выброс в атмосферу.
Как выглядит схема ДВС в разрезе:
Как работает двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
Воспламенения рабочей смеси, состоящей из топлива, воздуха и остатков отработанных газов, происходит в момент максимального верхнего положения поршня, чем достигается наивысшая степень сжатия смеси. Тепловое расширение сгорающих газов толкает поршень вниз, что приводит к вращению коленчатого вала. Двум оборотам коленчатого вала, в четырёхтактном двигателе, соответствуют четыре этапа работы поршня в цилиндре. Для лучшего понимания, рассмотрите еще одну схему ДВС в разрезе:
Как видите на схеме в разрезе показаны: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Подробнее об этом далее.
- Впуск. Поршень идёт вниз. Топливно-воздушная смесь — это продукт совместной деятельности топливной и выпускной систем. В бензиновых двигателях с центральным и распределённым впрыском она образуется во впускном коллекторе. В бензиновых моторах с непосредственным впрыском и в дизелях, данная смесь образуется непосредственно в камере сгорания.
- Сжатие. Ход вверх. При закрытых впускных клапанах происходит смешивание и сжатие смеси до максимальных значений. Апофеозом этого процесса является принудительное или самовоспламенение смеси, знаменующее начало третьего такта.
- Рабочий ход. Поршень идёт вниз. Двигаясь к своей нижней точке, в паре с шатуном передают энергию расширения горящих газов коленвалу.
- Выпуск. Поршень идёт вверх.
Стабильная, равномерная работа мотора достигается тем, что цилиндры не совпадают по фазам. Пока один цилиндр совершает полезную работу, в других идут подготовительные циклы, поэтому КПД двигателей внутреннего сгорания не высок (около 40%). Для повышения КПД ДВС и снижения вредных выбросов моторы турбируют, совершенствуют электронное управление рабочим циклом, делая более полным и эффективным сгорание топлива.
Схема цилиндра ДВС в разрезе:
Несколько важных моментов, связанных с устройством ДВС
При всём совершенстве современной электроники, на неё не стоит полагаться на все сто. Знание устройства и принципа работы мотора поможет даже новичку вовремя заметить тревожные симптомы, а значит избежать неприятных последствий поломок и затрат на их ликвидацию. О важности именно ручного контроля уровня масла в картере мы уже неоднократно писали в материалах.
На что ещё нужно обращать внимание?
Не так уж редки случаи растяжения цепи или разрыва приводного ремня ГРМ, особенно у авто с вторичного рынка. Последствия разрыва ремня ГРМ особенно печальны и дороги в устранении. Стоит следить за физическим состоянием ремня, и при появлении бахромы и других визуально определяемых следов его износа, менять на новый без всяких колебаний. Ослабление ремня или цепи привода ГРМ, проявляется в виде свистящих и гремящих звуков, а также определяется тактильно. Неполадки в головке блока цилиндров могут проявлять себя “пением сверчков” кулачкового привода клапанов. Полезно также следить за напором и характером выхлопных газов. Слегка прерывистый напор, с ритмичным чередованием усилений и ослаблений выхлопа, свидетельствует о нормальном рабочем цикле двигателя.
Итак, мы рассказали и показали разные схемы двигателя в разрезе, надеемся, что информация была вам полезна. Здоровья вам и вашему автомобилю. Удачи на дорогах.
Комментарии
Рекомендованные статьи
Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Автор Павел Белоусов На чтение 9 мин Просмотров 299 Обновлено
Содержание
- Принципиальные основы функционирования автомобильных двигателей
- Как работает двигатель внутреннего сгорания
- Элементы и термины
- Рабочий цикл у стандартного четырехтактного бензинового ДВС
- 1. Впуск
- 2. Сжатие
- 3. Расширение
- 4. Выпуск
- Отличия в работе дизельного двигателя
- Особенности работы многоцилиндровых двигателей
- Из чего еще состоит мотор?
- Кривошипно-шатунный механизм
- Газораспределительный механизм (ГРМ)
- Охладительная система
- Система смазки
- Система питания
- Заключение
- Видео: Общее устройство бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания
Сегодня подавляющее большинство автомобилей оборудуется двигателями внутреннего сгорания. Это достаточно надежные и мощные агрегаты, которые способны длительное время обеспечивать работу всех типов автомобилей. Среди ДВС выделяют две большие группы – бензиновые моторы и дизельные.
Принципиальные основы функционирования автомобильных двигателей
Бензиновый двигатель заправляется легким топливом — бензином, и превращают энергию его горения в механическую работу для обеспечения движения. В процессе бензин смешивается с воздухом и загорается от электрической свечи в специальной камере сгорания. В результате этого поршень приходит в движение, передавая усилие через коленчатый вал на трансмиссию.
Дизельные двигатели заправляются специальным дизельным топливом (соляркой). Основные принципы работы этих агрегатов схожи с бензиновыми ДВС, но смесь топлива и воздуха в цилиндре не поджигается электрической свечой, а воспламеняется самостоятельно при сжатии топливно-воздушной смеси поршнем.
В основе работы каждого из типов двигателей лежит свойство расширения любого газа при нагревании. Топливо, загораясь в цилиндре, нагревает воздух в нем, затем толкает поршень, который перемещается, через шатун вращая коленчатый вал, к которому присоединяется трансмиссия автомобиля.
К недостаткам как бензиновых, так и дизельных моторов относится сравнительно небольшой коэффициент полезного действия, в среднем имеющий показатель 20 %. Это означает, что при сгорании 10 л топлива, только 2 л тратится на то, чтобы привести автомобиль в движение, а тепло от сгорания еще 8 литров, просто рассеивается в атмосфере. Тем не менее двигатель внутреннего сгорания — это наиболее эффективный и надежный тепловой двигатель из известных человечеству.
Как работает двигатель внутреннего сгорания
Чтобы разобраться, как функционирует бензиновый или дизельный мотор, лучше всего рассмотреть одноцилиндровую модель этого механизма, обладающую самой простой конструкцией.
Элементы и термины
Основными узлами двигателя являются цилиндр и расположенный в нем поршень, который перемещаются вверх и вниз. Крайнее верхнее положение поршня определяют как верхняя мертвая точка, сокращенно ВМТ, а крайнее нижнее положение называют крайней нижней мертвой точкой, или НМТ. Линейное расстояние между этими двумя точками называют ходом поршня. В работе мотора участвуют и другие необходимые элементы, а процессы описываются такими терминами:
- Камера сгорания, по другому называется камера сжатия – это пространство, расположенное между головкой цилиндра и расположенным в цилиндре поршнем, когда он располагается в ВМТ. Именно здесь возгорается топливо.
- Рабочий объем цилиндра – объем в середине цилиндра между ВМТ и НМТ. Тогда, объем у многоцилиндрового двигателя – суммарный рабочий объем всех цилиндров, входящих в его состав, он указывается в технической документации. В автомобилях чаще всего встречаются 4-х цилиндровые двигатели, но бывают 6, 8 и 12-цилидровые ДВС. От объема напрямую зависит мощность мотора.
- Степень сжатия – это соотношение рабочего объема мотора и объема камеры сгорания.
- Такт двигателя – это периодический процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня. Большинство двигателей – четырехтактные, то есть работают по 4 разным тактам.
Рабочий цикл у стандартного четырехтактного бензинового ДВС
Работа четырехтактного мотора подразделяется на 4 такта, во время которых происходят такие процессы:
1. Впуск
Поршень движется по цилиндру до НМТ, создавая разрежение. В этот момент в цилиндр проникает топливно-воздушная смесь.
2. Сжатие
Поршень движется до ВМТ, при этом клапаны перекрыты, за счет чего в камере сгорания увеличивается давление, а топливно-воздушная смесь нагревается и молекулы кислорода больше контактируют с молекулами топлива. В конце этого такта смесь воспламеняется, для чего в бензиновом двигателе предусмотрена свеча зажигания.
3. Расширение
Топливно-воздушная смесь загорается и нагревается, при этом она расширяется при закрытых клапанах, и обеспечивает рабочий ход поршня до НМТ. В результате полезная энергия вращает коленчатый вал, переходя из тепловой в механическую.
4. Выпуск
Поршень переходит из НМТ в ВМТ, выпускной клапан открывается, и отработанные газы идут в выпускной коллектор, а через него попадают в атмосферу.
Все такты повторяются непрерывно, тем самым обеспечивая работу мотора и постоянное вращение коленчатого вала.
Отличия в работе дизельного двигателя
Общая схема работы четырехтактного дизеля схожа с бензиновым ДВС, но имеются и некоторые отличия. В первом такте в цилиндр заходит чистый воздух, во втором – этот воздух сжимается, в результате чего в камере сгорания достигается температура более 600 °С и только в конце данного такта в цилиндр поступает топливо, которое воспламеняется в очень горячем воздухе. Третий и четвертый такты происходят так же, как у бензинового ДВС. Именно поэтому в дизеле не используются электрические свечи зажигания.
Особенности работы многоцилиндровых двигателей
В большинстве легковых машин устанавливаются четырехцилиндровые двигатели. Это сделано для того, чтобы работа была более ровной и плавной. Причина данного решения связана с тем, что в моторе полезная энергия выделяется только в третьем такте рабочего хода, в остальных тактах она затрачивается. Это означает, что если оборудовать автомобиль одноцилиндровым двигателем, при его работе будут чувствоваться сильные толчки при работе. Это приведет к появлению излишней вибрации и снизит ресурс двигателя.
Решить проблему удалось применением четырехцилиндровой компоновки двигателя. Его работа организована таким образом, что рабочий ход одного из поршней дает дополнительную энергию трем остальным поршням. Этим достигается плавность и снижается интенсивность вибраций при работе двигателя.
Из чего еще состоит мотор?
Для нормальной работы двигателей внутреннего сгорания на них применяются дополнительные системы и узлы, обеспечивающие их стабильную, надежную и длительную работу. К основным вспомогательным механизмам относят:
- Кривошипно-шатунный механизм.
- Систему ГРМ (газораспределительную).
- Охлаждающую систему.
- Систему смазки.
- Систему закачки топлива.
Чтобы полностью разобраться в принципах работы ДВС, требуется понять, для чего нужен, и как работает каждый из этих узлов.
Кривошипно-шатунный механизмДанный узел представляет механизм, через которых поступательное движение поршня трансформируется во вращательное движение коленчатого вала. Он включается в себя такие детали:
- поршень, на который производится давление расширяющихся при сгорании газов, в результате чего он с силой давит на шатун. В поршне имеются канавки для установки поршневых колец, которые препятствуя выходу газов;
- поршневой палец прочно, но подвижно соединяет поршень и шатун;
- шатун состоит из стержня, а также верхней, нижней головки. Верхняя головка пальцем соединяется с поршнем. Нижняя головка имеет разборную конструкцию и с ее помощью шатун прикрепляется к коленвалу;
- коленчатый вал имеет сложную форму с четырьмя шатунными шейками, к которым и прикрепляются нижние головки шатунов. На его переднем конце расположена шестерня, звездочка или шкив (в зависимости от типа газораспределительного механизма), привода распределительного вала. К задней части коленвала прикреплен маховик.
Газораспределительный механизм (ГРМ)
Газораспределительный механизм предназначается для регулировки впуска топливно-воздушной смеси в рабочий цилиндр и выпуска из него отработанных газов. В большинстве современных двигателей внутреннего сгорания ГРМ состоит из:
- распределительные валы. Они с помощью расположенных на них кулачков открывают и закрывают клапаны в строго определенные моменты. Каждый из кулачков открывает и закрывает только один из клапанов;
- клапан. Это деталь, состоящая из стержня и головки, внешне напоминая обычный гвоздь. Через впускные клапаны в цилиндр попадает топливно-воздушная смесь, а через выпускные выводятся отработанные газы. Они двигаются в направляющих втулках.
Работа механизма ГРМ обеспечивается вращением распределительных валов, при этом кулачки нажимают на гидрокомпенсаторы. На более старых двигателях они отсутствуют и нажатие происходит непосредственно на стержень клапана. В результате нажатия кулачков вала, клапана открываются в определенные моменты, а после соскальзывания кулачка закрываются под воздействием возвратной пружины. В результате обеспечивается своевременный впуск топлива, воздуха и вывод отработанных газов.
Охладительная система
При сгорании топлива приблизительно 80 % энергии тратится не на механическую работу, а на нагревание двигателя. Это означает, что он достигнет критической температуры и разрушится. Избежать такой ситуации поможет система охлаждения мотора. На подавляющем большинстве ДВС применяется жидкостный вариант этой системы, который состоит из:
- рубашка охлаждения блока цилиндров с циркулирующим по рубашке антифризом, который отводит тепло от работающего двигателя;
- охладительная рубашка головки блока цилиндров. Она предназначена для того же, но уже в ГБЦ;
- насос или помпа обеспечивает циркуляцию антифриза по системе охлаждения двигателя;
- радиатор. Набор трубок со специальными металлическими пластинами, где происходит охлаждение антифриза, поступающего из двигателя;
- вентилятор. Предназначается для продувки радиатора, чтобы охлаждение происходило как можно быстрее;
- термостат. Регулирует движение охлаждающей жидкости по большому и малому кругу системы охлаждения, обеспечивая быстрый набор рабочей температуры и её поддержание;
- расширительный бачок. В него выводится лишняя охлаждающая жидкость после нагревания и расширения, через него можно добавить антифриз при его испарении. Бачок оснащен специальной завинчивающейся крышкой с клапаном для сброса лишнего давления и доливки.
Система смазки
Поскольку в любом ДВС есть движущиеся детали, между ними неизбежно возникает трение, приводящее к перегреву, снижению КПД и быстрому выходу механизмов из строя. Снизить трение до минимума помогает система смазки, в состав которой входят такие узлы и детали:
- картерный поддон. Масло в неработающем двигателе стекает именно в эту емкость;
- масляный насос. Качает масло из картера при работающем двигателе и направляет его по специальным каналом к трущимся деталям – коленчатому и распределительному валу, клапанам. Разбрызгиваясь на коленчатом валу, масло смазывает все остальные узлы мотора;
- масляный фильтр. Включается в систему циркуляции масла и очищает его от нагара, твердых включений и других примесей. Меняется при каждой замене масла.
При эксплуатации двигателя следует периодически проверять уровень масла в двигателе, и при падении уровня его нужно долить в маслозаливную горловину.
Система питания
Топливная система нужна для закачивания топливно-воздушной смеси непосредственно в камеру сгорания. Бензиновые системы бывают карбюраторные и инжекторные. Карбюраторные моторы уже выходят из употребления как устаревшие. Несмотря на сложную конструкцию, инжектор позволяет развивать большую мощность и достигать более стабильной работы, при этом уменьшается выхлоп вредных веществ в атмосферу. В инжекторную систему входят:
- топливный бак, куда заливается бензин.
- топливный насос, предназначающийся для подачи бензина к двигателю.
- фильтр тонкой очистки позволяет удалить из бензина лишние включения.
- Топливная рампа с форсунками и специальным датчиком давления, через которую бензин с воздухом попадает в цилиндры.
- Датчики, передающие данные о работе системы в электронный блок управления (ЭБУ), что позволяет четко дозировать подачу топлива в конкретный цилиндр.
Важно, что такая система обеспечивает надежную работу двигателя, и позволяет добраться до места ремонта даже после отключения одного и даже двух цилиндров. В дизельных двигателях принцип работы схож, но у них предъявляются более высокие требования к установленному топливному насосу и форсункам, работающих под высоким давлением.
Заключение
Несмотря на сложность конструкции, производителям современных бензиновых и дизельных автомобильных моторов удалось добиться надежности, безопасности и долговечности их эксплуатации. При этом нужно понимать, что этого можно достигнуть только при обеспечении надлежащего сервисного обслуживания моторов, а также понимании основных принципов работы ДВС.
Видео: Общее устройство бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания
Печать
Свод правил Калифорнии, раздел 8, раздел 1533. Двигатели внутреннего сгорания.
Подраздел 4. Приказы о безопасности строительства
Статья 4. Пыли, дымы, туманы, пары и газы
(a) Оборудование с двигателем внутреннего сгорания должно эксплуатироваться внутри зданий или закрытых сооружений или, если они имеют глубину не более 20 футов, внутри шахт, водопропускных труб и трубопроводов, только если такая эксплуатация не приводит к воздействию опасные газы или пары в концентрациях выше максимально допустимых пределов, перечисленных в Разделе 5155 Общих приказов по промышленной безопасности. Некоторые приемлемые методы контроля:
(1) Отвод выхлопных газов в атмосферу.
(2) Предоставление системы вентиляции здания, которая разбавляет и удаляет продукты выхлопа во внешнюю атмосферу.
(3) Установка на двигатели эффективных установок очистки выхлопных газов каталитического типа.
(b) Когда оборудование с двигателем внутреннего сгорания эксплуатируется в шахтах глубиной 20 футов или менее, в которые входят работники, в водопропускных трубах, в которые входят работники, или в трубопроводах, в которые входят работники, и когда опасная атмосфера существует или может разумно ожидать существования, должна быть предусмотрена механическая система вентиляции для предотвращения воздействия выбросов двигателей внутреннего сгорания. Система вентиляции, которая может состоять из механической вытяжной системы, системы принудительной вентиляции (вентиляции) или их комбинации, должна:
(1) Подача свежего воздуха со скоростью не менее 60 погонных футов в минуту через зону, где работает двигатель;
(2) Подача не менее 100 кубических футов свежего воздуха в минуту на мощность моторного тормоза используемого двигателя внутреннего сгорания;
(3) Обеспечивать не менее 200 кубических футов свежего воздуха в минуту на каждого человека, входящего в помещение, и
(4) Проходить осмотр компетентным лицом в начале каждой смены или чаще, обеспечить эффективную подачу свежего воздуха.
(c) Если оборудование с приводом от двигателя внутреннего сгорания эксплуатируется в котлованах глубиной более 4 футов, в которые входят работники, и существует опасная атмосфера или существует разумное предположение о наличии, работники должны быть защищены в соответствии с требования Раздела 1541(g).
(d) Если на какое-либо рабочее место, подпадающее под действие подраздела (b), распространяются приказы о безопасности в замкнутом пространстве, содержащиеся в этих приказах, Общих приказах по промышленной безопасности или других приказах о безопасности Раздела 8, и если положения подраздела (b) менее защищающий, чем приказ о безопасности в ограниченном пространстве, приказ о безопасности в замкнутом пространстве имеет приоритет.
ПРИМЕЧАНИЕ. Для шахт глубиной более 20 футов и раскопок, подпадающих под действие Приказов о безопасности в туннелях, см. Раздел 8, Раздел 1, Главу 4, Подглаву 20, Приказов о безопасности при туннелировании.
Примечание: Цитируемый орган: Раздел 142. 3 Трудового кодекса. Ссылка: статья 142.3 Трудового кодекса. Цитируемый орган: статья 142.3 Трудового кодекса. Ссылка: статья 142.3 Трудового кодекса.
ИСТОРИЯ
1. Поправка подана 12-13-84; вступает в силу на тридцатый день после этого (регистр 84, № 50).
2. Поправка к подразделу (a) и новые подразделы (b)–(c), поданные 01.05.2012; действует 31.05.2012 (Реестр 2012 г. № 18).
3. Поправки к подразделам (a) и (b), новый подраздел (c) и изменение буквенного обозначения подраздела подано 29 августа 2013 г.; действует от 01.10.2013 (Реестр 2013 г. № 35).
Вернуться к статье 4 Содержание
Основы двигателя внутреннего сгорания | Библиотека PDH
Этот курс предлагается только в виде видеокурса. Чтобы получить доступ к видеокурсу, курс необходимо сначала приобрести. Затем к видео можно получить доступ, нажав «Моя учетная запись», а затем щелкнув вкладку «Видеокурсы».
Доступ к письменной версии викторины в формате pdf можно получить, нажав кнопку загрузки на этой странице. Мы рекомендуем загрузить викторину, чтобы вы могли проходить ее во время прослушивания курса.
Описание:
Узнайте, как работают двигатели внутреннего сгорания (четырех- и двухтактные) с помощью этого онлайн-видеокурса!
Двигатели внутреннего сгорания (ВС) используются не только в автомобилестроении и автомобильной промышленности. Они используются для вращения насосов, роторов генераторов, вентиляторов и многих других машин. Но что такое двигатели внутреннего сгорания? Почему мы используем бензин/бензин и дизельное топливо, а не только один вид топлива? И как работают эти удивительные машины? Этот курс ответит на все эти и многие другие вопросы!
В этом курсе вы узнаете:
• Как работают бензиновые и дизельные двигатели.
• Как работают двигатели внутреннего сгорания (ДВС).
• Как работают двухтактные двигатели.
• Как работают четырехтактные двигатели.
• В чем разница между бензиновыми/бензиновыми и дизельными двигателями.
• Определите все основные компоненты двигателя и их функции (коленчатый вал, поршень, распределительный вал и т. д.).
Независимо от вашего образования, изучение двигателей внутреннего сгорания принесет вам большую пользу. Они используются в качестве тягачей в автомобилях, фургонах, поездах, мотоциклах, скутерах, газонокосилках, воздуходувках и многих других машинах. Поэтому, даже если вы не инженер или не готовитесь им стать, полученные вами знания всегда будут полезны, потому что двигатель внутреннего сгорания всегда рядом!
Этот курс ведет инженер с 17-летним стажем… Вы в надежных руках!
Интерактивные 3D-модели используются для детального отображения каждого компонента двигателя.
3D-анимация показывает, как работает каждый двигатель и компонент.
Двухмерные изображения использовались для выделения областей интереса.