Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
• карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;

Более детально узнать о назначении, устройстве и принципе работы карбюратора, вы можете здесь: Карбюратор: устройство и принцип работы

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

• блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
• кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
• газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
• система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси;
• система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

• Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
• Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
• Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
• Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Узнать о том, что такое октановое число бензина, о его повышении и понижении, вы можете здесь: Октановое число бензина: что это такое

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

• Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
• Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
• Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
• Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

• Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
• Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
• Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
• Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

О назначении и принципе работы турбины на дизельном двигателе, вы можете узнать из нашей статьи: Принцип работы турбины на дизельном двигателе

• Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
• Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
• Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
• Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
• Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
• Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

Узнать, более детально о принципе работы топливной системы дизельного двигателя, вы можете здесь: Устройство топливной системы дизельного двигателя

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:

• Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
• Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
• Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
• Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

• Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
• Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
• Резонатор, или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
• Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
• Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

• Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
• Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
• Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
• Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

Как устроен и работает четырех- и двухтактный ДВС

Двигатели

В настоящее время ДВС — самый энергоэффективный вид моторов. Двигатель внутреннего сгорания назван так потому, что воспламенение топлива происходит внутри его рабочей камеры. Принцип работы ДВС основан на том, что энергия, которая выделяется в результате взрыва топливной смеси в цилиндрах, преобразуется в механическую работу, и через коленвал и маховик передается на привод автомобиля.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Что такое ДВС в машине разобраться несложно: базовый принцип работы установки проходят еще в школе на уроках физики.

Упрощенная схема двигателя внутреннего сгорания. p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

Общая черта всех ДВС — воспламенение топливной смеси внутри камеры сгорания, за счет которого получается импульс для дальнейшего движения и передачи энергии на вращательное движение коленчатого вала, а от него на колеса машины. В зависимости от конструкции силового агрегата, и вида используемого топлива, все моторы можно разделить на:

• поршневые;
• роторно-поршневые;
• газотурбинные.

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

Из чего состоит двигатель:

1. Блок цилиндров.

1. Головка блока цилиндров.

1. Кривошипно-шатунный механизм, который передает импульс.

1. Газораспределительный узел, отвечающий за подачу горючего и вывод отработанных газов.

В настоящее время в автомобилестроении используются поршневые системы: они надежны, имеют высокий КПД, а их производство и обслуживание обходится дешевле.

Поршневые моторы

Многие автолюбители на вопрос, что такое ДВС в автомобиле, опишут именно поршневые установки, которые являются самой распространенной группой силовых агрегатов. В этих системах движение поршня, который находится внутри цилиндра, передает энергию на коленвал и маховик через кривошипно-шатунный механизм.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания. p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

Чаще всего используется четное количество камер сгорания, позволяющее уравновесить работу мотора. Но можно встретить модели и с одним или тремя цилиндрами.

Трехцилиндровый ДВС Ford Ecoboost. p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

По расположению цилиндров все поршневые моторы делятся на:

• Рядные — все цилиндры расположены на одном коленвале и выстроены в ряд параллельно друг другу.
• V-образные — также размешены на одном коленчатом вале, но расположены под углом (обычно от 45 до 90 о ).
• VR-образные — аналогичны предыдущему типу, но имеют меньший угол развала (10–20 о ).
• Оппозитные — два ряда цилиндров находятся на одном коленвале под углом 180 о друг к другу.
• W-образные — на коленчатом вале расположены 3 или 4 ряда цилиндров.
• Встречные — каждый цилиндр имеет два поршня, которые движутся во встречном направлении.
• U-образные — два коленвала с параллельными рядами цилиндров объединены в один блок.
• Радиальные — цилиндро-поршневая группа установлена звездообразно вокруг коленвала.

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

Основная область применения ДВС с радиальной конструкцией — авиация.

Роторно-поршневые системы

Роторно-поршневые силовые агрегаты основаны на аналогичном принципе, но имеют овальную камеру сгорания. Внутри нее вращается трехгранный ротор, который выполняет функции как поршня, так и ГРМ. В настоящее время такие системы практически не используются в автомобилестроении по причине более сложного производства и обслуживания.

Принцип работы роторного ДВС. p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

Роторно-поршневой мотор также называется двигателем Ванкеля.

Газотурбинные ДВС

Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания превращают импульс от детонации топлива в полезную работу за счет вращения рабочими газами ротора специальной формы клиновидными лопатками, двигающего вал турбины.

Газотурбинный движок Siemens. h3 4,0,0,0,0 —>

Виды топлива

Агрегаты внутреннего сгорания могут использовать разные типы горючего:

• Моторы, работающие на бензине, совершают работу за счет воспламенения воздушной смеси от электрического разряда свечи зажигания.
• Дизельные двигатели отличаются тем, что не имеют системы зажигания. Дизельное топливо под давлением передается через форсунки непосредственно в движок и воспламеняется за счет того, что внутри рабочей камеры уже находится кислород, нагретый до температуры большей, чем требуется для воспламенения горючего.
• Газовые установки экономичнее за счет более дешевого топлива, но требуют качественной системы охлаждения и особого масла из-за сильного нагрева.
• Гибридные — сочетание дизельного и электрического движков.
• Водородные системы применяются редко — до недавнего времени не существовало способа создать безопасную силовую установку. Первой машиной с водородным двигателем нового поколения стала Toyota Mirai.

Чаще всего используются бензиновые и дизельные моторы. Первые способны развивать большую мощность и скорость, а вторые экономичнее, имеют более плавный ход и надежную конструкцию.

Как работает ДВС на бензине и дизтопливе. p, blockquote 20,1,0,0,0 —>

Благодаря отсутствию электросистемы зажигания, дизельные авто менее уязвимы к попаданию жидкости, поэтому их часто ставят на внедорожники и военный транспорт.

Как работает ДВС

Общий принцип работы двигателя внутреннего сгорания несложен: за счет поджога и воспламенения топливной смеси система приходит в движение и передает импульс на привод. Установки делятся на:

• Двухтактные (полный цикл — два движения поршня) — их чаще всего используют на небольшой и маломощной технике: скутерах, мопедах, моторных лодках, бензоинструментах.
• Четырехтактные (соответственно, четыре движения на цикл) применяются в автомобилестроении.

Двухтактный двигатель

Конструкция двигателя, который проходит полный цикл за одно движения поршня, проще: процессы очистки и наполнения цилиндров происходят за два такта, а сама установка не оснащена отдельным масляным контуром.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе. p, blockquote 23,0,0,0,0 —>

Схема работы двигателя, работающего на два такта:

1. Поршень поднимается от нижней мертвой точки, по ходу движения закрывая в первую очередь продувочное отверстие, а после этого — выпускное. Затем под поршнем создается разряжение и сквозь впускное окно заходит топливо.
2. Когда деталь располагается в верхней мертвой точке, сжатая смесь воспламеняется от разряда свечи, поршень взрывом отбрасывается вниз, по пути открывая продувочное и выпускное отверстие. Далее по инерции он идет наверх и цикл возобновляется.

Четырехтактная установка

Как работает двигатель внутреннего сгорания, делающий полный цикл за четыре хода поршня:

1. Поршень идет вниз, синхронно с ним открывается впускной клапан и в камеру внутреннего сгорания втягивается топливная смесь.
2. Достигнув нижней мертвой точки, поршень по инерции поднимается, и топливо, которое находится внутри цилиндра сжимается. Впускной и выпускной клапан в этот момент закрыты.
3. Горючее воспламеняется (температура может достигать 2000 о С, и даже больше) и поршень опускается под воздействием взрывной волны (клапана также остаются закрытыми).
4. Открывается выпускное отверстие и поршень, поднимаясь, выталкивает выхлопные газы, после чего цикл начинается снова.

Третий такт называют рабочим, потому что только в нем поршень производит кинетическую энергию (остальные три такта он движется по инерции).

Вспомогательные системы

В устройство двигателя автомобиля входят дополнительные контуры, которые отвечают за подачу топлива, смазку и охлаждение агрегата, а также избавление от отработанных газов. От правильного функционирования этих узлов во многом зависит время работы мотора, поэтому разберем их подробнее.

Газораспределение

Газораспределительный механизм контролирует движение впускных и выпускных клапанов, узел состоит из:

• распредвала;
• самих клапанов;
• привода клапанов;
• привода ГРМ.

Зажигание

Зажигание необходимо только бензиновым силовым агрегатам — поскольку горючее внутри цилиндров в этих установках не может воспламеняться самостоятельно, требуется искра.

Детали ДВС, которые отвечают за работу системы зажигания. p, blockquote 30,0,0,1,0 —>

Схема работы и строение системы зажигания ДВС:

• От аккумулятора (а когда мотор работает– от генератора) напряжение подается на катушку зажигания.
• Накопитель энергии (катушка) преобразует ее в ток, достаточный, для появления разряда.
• Трамблер распределяет ток по бронепроводам к каждому цилиндру. (В новых машинах это происходит под контролем электронного блока управления).

Топливоподача

Хотя принцип воспламенения смеси на бензиновых и дизельных движках различен, остальная схема топливного контура у них одинакова:

1. Из бензобака горючее насосом подается в топливопровод.
2. Далее через различные фильтры топливо поступает в узел смешения — карбюратор или инжектор, где обогащается воздухом.
3. Состав поступает на свечи или форсунки, и оттуда уже идет в камеру цилиндра (на бензиновых ДВС топливо сначала подается во впускной коллектор).

p, blockquote 34,0,0,0,0 —>

В бензиновых моторах с инжекторными системами подача топлива происходит через форсунку, которая распыляет его в выпускной патрубок, где горючее смешивается с кислородом.

p, blockquote 35,0,0,0,0 —>

На дизельных автомобилях горючее и кислород подаются отдельно. Топливо под высоким давлением выпрыскивается из форсунок, а воздух заходит через газораспределительный механизм.

p, blockquote 36,0,0,0,0 —>

Инжекторные бензиновые моторы с непосредственным впрыском функционируют аналогично дизелю.

Смазка

Система смазки позволяет уменьшать силу трения, защищать металл от разрушения, отводить лишнее тепло, и убирать продукты горения. Узел состоит из:

• маслопровода;
• фильтра;
• радиатора, охлаждающего масло;
• поддона картера;
• масляного насоса, подающего смазку из поддона снова в оборот.

Охлаждение

Элементы силового агрегата нагреваются до экстремально высоких температур, поэтому их необходимо охлаждать, чтобы предупредить разрушение или деформацию деталей. На относительно простых устройствах (мотороллерах или мопедах) температура движка понижается за счет встречного потока воздуха, но для мощных автомобильных моторов этого недостаточно. В них устроен отдельный контур, по которому идет охлаждающая жидкость:

• Радиатор состоит из множества трубочек, проходя по которым, жидкость охлаждается за счет теплоотдачи.
• Вентилятор гонит поток воздуха на радиатор, усиливая теплообмен.
• Водяной насос обеспечивает циркуляцию и постоянное поступление охлажденной жидкости к наиболее горячим местам.
• Термостат отвечает за переключение потока между внешним и внутренним кругом.

Сначала жидкость движется по внутреннему контуру. Термостат срабатывает, когда она нагреется до заданного порога (обычно это около 90 о ), после чего переключает поток на внешний круг (через радиатор).

Выпускная система

Выхлопная система позволяет выводить отработанные газы, которые выпустил мотор автомобиля из своих цилиндров, в окружающую среду. Общее устройство выпускного контура машин с ДВС:

Двигатель автомобиля

Двигатель автомобиля — это силовая установка для вырабатывания механической энергии что необходима для движения. Наибольшее распространение получил поршневой двигатель внутреннего сгорания, который работает либо на бензине, либо на дизельном топливе.

Основные моменты работы автомобильного двигателя показаны на инфографике.

Но стоит прочесть статью полностью если хотите разобраться с устройством, принципом действия ДВС, в чем заключается отличие бензинового мотора от дизельного и какие неисправности чаще всего появляются во время эксплуатации. Поскольку он может иметь значительные отличия в устройстве и принципе работы в зависимости от типа и модификации.

Какие бывают двигатели в автомобиле

Двигатели внутреннего сгорания имеют такие различия:

• тип используемого топлива;
• количество цилиндров;
• количество клапанов;
• расположение цилиндров.

Классификация по виду топлива включает в себя два основных варианта — бензиновые и дизельные моторы. В бензиновых двигателях топливо и воздух подаются в смешанном виде, образовывая горюю смесь, которая зажигается искрой свечи. В дизельных агрегатах топливо подается в цилиндр отдельно от воздуха, а воспламенение достигается благодаря высокой температуре при сильном сжатии в камере сгорания. Она представляет собой расстояние между ГБЦ и находящемся в верхней мертвой точке поршнем.

Классификация по количеству цилиндров предполагает конструкцию двигателя, в которую входит от 1 до 16 цилиндров. Однако самыми распространенными считаются четырех- и шестицилиндровые варианты. Двигатели на 8 и 12 цилиндров мощнее и встречаются реже, поскольку устанавливаются на более дорогостоящие авто.

Классификация по количеству клапанов. Стандартным считается вариант с двумя клапанами на цилиндр — впускного и выпускного. Однако увеличение их количества дает возможность повысить эффективность заполнения цилиндра и его очистку. На современных автомобилях устанавливаются двигатели преимущественно с четырьмя клапанами на цилиндр (2 впускных и 2 выпускных).

Соответственно, рядные четырехцилиндровые моторы могут иметь индекс “8 клапанные” или “16 клапанные”, а V-образные шестицилиндровые агрегаты — “24 клапанные”.

Классификация по расположению цилиндров состоит из 3-х категорий:

• В один ряд;
• V-образно;
• Оппозитно.

Рядные моторы были выпущены первыми и до сих пор пользуются наибольшей популярностью. В зависимости от уровня балансировки автомобильные производители чаще всего устанавливают на легковые и грузовые модели рядные двигатели на 3, 4, 5 и 6 цилиндров.

Работа V-образного двигателя

Также преимущественное количество всех спортивных автомобилей оборудуется именно таким типом двигателей.

V-образные агрегаты представлены на рынке в основном в 6-ти, 8-ми и 12-ти цилиндровых вариантах с углом развала — 45, 60 и 90°. В зависимости от марки производителя, V-образные моторы имеют 2 неоспоримых преимущества:

• их ресурс более 500 тыс. км;
• они считаются одними из самых грамотно построенных и хорошо сбалансированных.

Оппозитные силовые установки являются видоизмененным типом стандартном двигателя. В “боксерах” (народное название оппозитного мотора) цилиндры расположены горизонтально. Сейчас подобную технологию можно встретить преимущественно на автомобилях марок Subaru и Porsche.

Благодаря горизонтальному расположению цилиндро-поршневой группы автомобиль имеет низкий центр тяжести, повышенный ресурс двигателя (до 1 миллиона км) и низкий уровень шума, вибрации во время работы.

Однако есть у оппозитников и явные минусы — это дороговизна обслуживания из-за сложности конструкции и повышенный расход масла.

Также есть роторные двигатели, принцип работы которых идентичен, но устройство немного отличается. В их цилиндре располагается трехгранный ротор (поршень), который и сжимает топливовоздушную смесь.

Единственные 2 серьезные минуса:

• такие моторы страдают от недостаточного охлаждения;
• их приходится значительно чаще ремонтировать (ресурс не более 200 тыс. км).

Устройство двигателя автомобиля

Устройство: 1 — ГБЦ; 2 — коромысло; 3 — свечи зажигания; 4 — выпускной клапан; 5 — впускной клапан; 6 — цилиндр; 7 — поршень; 8 — кольцо; 9 — шатун; 10 — маховик; 11 — картер; 12 — коленвал; 13 — приводная шестерня; 14 — распределительный вал; 15 — передаточные элементы.

Основной частью двигателя внутреннего сгорания являются цилиндры. В них (как показано на картинке справа) располагаются поршни, которые соединены с коленчатым валом через шатун. Когда поршень прямолинейно движется по цилиндру вверх и вниз, благодаря кривошипу и шатуну такое движение преобразуется во вращение коленвала.

На конце данного вала крепится маховик, который во время работы мотора придает равномерность вращения коленчатого вала. В верхней части цилиндры плотно закрываются головкой блока.

В ГБЦ есть как впускные, так и выпускные клапаны, суть которых заключается в закрывании соответствующих каналов и отводить отработанные газы либо запускать порцию горючей смеси.

Чтобы клапаны открылись, на них воздействуют кулачки распределительного вала. На распределительном валу есть шестерни, которые приводятся в движение от коленвала ременной либо цепной передачей.

Все трущиеся детали смазываются моторным маслом чтобы предотвратить быстрый износ, появление задиров на стенках цилиндров и отвести тепло. Однако помимо цилиндро-поршневой группы есть и другие важные компоненты.

Рассмотрим все основные элементы двигателя автомобиля:

Устройство автомобильного двигателя

• Воздушный фильтр очищает воздух, поступающий в цилиндры, что обеспечивает лучшее сгорание.
• Система воздушного охлаждения не дает двигателю нагреваться, обеспечивая циркуляцию воды вокруг цилиндров и через радиатор.
• Топливная система подает топливо из бензобака и при помощи карбюратора смешивает его с воздухом. Смесь затем поступает в цилиндры. Для нормальной работы, особенно в зимнее время, требует проведения комплексного ТО. Поэтому будет полезно узнать о периодичности и порядке обслуживания топливной системы из этого видео.
• Распредвал обеспечивает открытие и закрытие клапанов. Скорость его вращения равна 1/2 скорости вращения коленвала.
• Ремень ГРМ соединяет коленвал и распредвал, обеспечивая синхронность работы клапанов и поршней.
• Поршневые кольца устанавливаются на поршень для предотвращения утечки топлива воздуха из камеры сгорания и расхода масла.
• Система смазки доставляет масло ко всем необходимым элементам двигателя для снижения трения.
• Масляный насос стыкуется с коленвалом и обеспечивает поступление масла из поддона картера.
• Система снижения токсичности выхлопа при помощи компьютера и датчиков регулирует каталитический нейтрализатор выхлопных газов, сжигающий неиспользованное топливо в выхлопной смеси.
• Автомобильный аккумулятор обеспечивает электрический ток, необходимый для запуска двигателя. Заряжается от генератора.
• Головка блока цилиндров соединяется с блоком цилиндров. Для повышения герметичности при сгорании между блоком и головкой находится прокладка.
• Система зажигания создает электрический разряд, проходящий через распределитель зажигания, который затем посылает искру по проводам к свечам зажигания. На каждый цилиндр идет свой провод, заряд подается на свечи по очереди.
• Выхлопная система удаляет выхлопные газы через выпускной коллектор и выхлопную трубу. Традиционно громкий звук выхлопа смягчает глушитель.

Чем отличаются бензиновые двигатели от дизельных

Отличия бензиновых моторов от дизельных заключаются в том, что при работе на бензине для воспламенения смеси используются свечи зажигания. В дизеле смесь воспламеняется от температуры сжатия. А свечи накала на дизеле нужны для того, чтобы облегчить холодный запуск не воспламеняя смесь, а для ее подогрева и создания оптимальных условий воспламенения. Они являются частью предпусковой системы.

Также важное отличие — на бензине воздух и топливо подаются в цилиндр уже в смешанном виде, а на дизеле — отдельно.

Кардинальные отличия есть и в работе топливной системы. На бензиновых моторах может использоваться один из 2 типов топливной системы — карбюраторная, или инжекторная. Карбюраторная система подает топливо под невысоким давлением в камеру карбюратора, где оно смешивается с воздухом.

Инжекторная система отличается от первого типа наличием принудительного впрыска в камеру сгорания — индивидуальными форсунками/распределенным впрыском (давление 2,5-4 бар), непосредственным впрыском (давление до 155 бар).

На дизельных агрегатах устанавливается 3 типа топливной системы:

• Common Rail (участок низкого давления — бак, насос низкого давления, трубопровод, фильтр; участок высокого давления — ТНВД, трубопровод, топливная рампа, форсунки); (давление до 2200 бар);
• Разделенная система (бак, трубопроводы, ТНВД, форсунки).

Стоит заметить, что ТНВД сейчас используется не только на дизелях, но и на бензиновых агрегатах с непосредственным впрыском (где большую роль играют точность подачи топлива и давление). Если на дизеле ТНВД больше отвечает за создание оптимального давления, то на бензине он регулирует количество подаваемого топлива и контролирует момент впуска горючего в каждый цилиндр.

Однако помимо основных различий, большинство при выборе типа силовой установки обращает внимание на рабочие характеристики. Чтобы было проще определиться, приведем в таблице плюсы и минусы обоих типов двигателей.

Тип двигателя	Преимущества	Недостатки
Бензиновый	Тихо работает	Повышенный расход топлива
	Больше мощность	Ресурс многих моторов редко превышает 500 тыс. км
	Безопасная работа на высоких оборотах	Максимальная мощность достигается только на высоких оборотах
	Топливная система устойчива к плохому качеству бензина
	Детали стоят сравнительно недорого
	Нормальная работа при низких температурах окружающей среды
Дизельный	Расходует меньше топлива	Большой вес двигателя в сборе
	Диз-топливо немного дешевле бензина	Мощность меньше чем у бензинового мотора
	Больший крутящий момент	Плохо работает на некачественном топливе
	Нет системы зажигания (экономия при обслуживании)	Морозоустойчивость значительно хуже
	Большой ресурс (многие толковые дизели являются миллионниками)	Дорогое обслуживание (в основном за счет дороговизны элементов топливной системы)

Как работает двигатель автомобиля

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Воспламенение бензина в небольшом замкнутом пространстве создает достаточно энергии, чтобы отбросить картофелину на 150 метров! А если такой взрыв происходит 200 раз в минуту, то энергии хватит для движения автомобиля. Принцип работы автомобильного двигателя происходит в 4 такта:

1. Впуск. Поршень напоминает пушечное ядро, только он не вылетает из пушки. В начале цикла он находится вверху цилиндра и начинает движение вниз. В этот момент открывается впускной клапан, который подает в цилиндр, воздух и топливо.
2. Сжатие. Коленвал заставляет поршень снова двигаться вверх, сжимая смесь топлива и воздуха.
3. Рабочий ход. Когда поршень достигает верхнего положения, свеча зажигания при помощи искры поджигает топливо. Это вызывает взрыв, под действием которого поршень вновь движется вниз.
4. Выпуск. Когда поршень достигает нижнего положения, открывается выпускной клапан. Он отводит выхлопные газы в выхлопную трубу.

В дизельных моторах третий этап “рабочий ход” происходит несколько иначе. Так как на таких агрегатах не используются свечи зажигания, то воспламенение происходит за счет высокой температуры и давления. Когда поршень подходит вверх, он сжимает воздух, разогревает его и в самый последний момент в цилиндр подается дизельное топливо (солярка). От предельно высокой температуры образовавшаяся смесь воспламеняется, толкая поршень вниз.

Основные проблемы и неисправности автомобильного двигателя

Если не заводится двигатель автомобиля, есть 3 наиболее вероятные причины и еще три в зависимости от особенности двигателя:

Источник https://tractorreview.ru/dvigateli/ustroystvo/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya-ustroystvo-i-printsip-rabotyi.html

Источник https://autodvs.ru/dvs/

Источник https://m.etlib.ru/blog/143-dvigatel-avtomobilya

Источник