блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун

Для будущего автомобильного механика, диагноста устройство двигателя автомобиля является одной из ключевых тем. Именно двигатель обеспечивает транспортное средство энергией, которая нужна для его движения. 

Чаще всего механизм запуска устройства двигателя автомобиля возможен за счёт применения бензина или дизеля (дизельного топлива). Сгораемое внутри мотора топливо продуцирует тепло, что приводит к увеличению температуры газов внутри цилиндра двигателя и росту давления газов. Подвижные части двигателя под их влиянием вступают в работу, и тепловая энергия преображается в механическую.

Базовые части двигателя

Чтобы хорошо понимать устройство двигателя автомобиля, важно разбираться, что из себя представляет блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун.

Блок 

Металлическую основу мотора, остов называют блоком. Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем.

Иногда можно встретиться с термином «блок», иногда – с терминами «блок двигателя», «блок цилиндров». Всё это одно и тоже.

Блок двигателя берёт на себя серьёзные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть предельно высок. Огромное внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки.

Раньше блоки изготавливали из перлитного чугуна с легирующими добавками. Популярность чугуна при изготовлении блоков легко объяснима тем, что материал износостоек, стабилен по своим свойствам, малочувствителен к перегреву, адаптивен к ремонту. Сейчас некоторые производители также выпускают блоки из алюминиевого, магниевого сплава. В этом случае есть выигрыш, связанный с весом мотора. Это очень актуально для блоков моторов спорткаров.

Цилиндр 

Рядом с понятием «блок» стоит понятие «цилиндр». Под цилиндром подразумевается цилиндрическое отверстие, высверленное в блоке.  То есть это рабочая камера объёмного вытеснения.

Уплотнение верхней стороны цилиндра обеспечивает головка. Именно в ней находятся: 

• Клапаны. Обеспечивают (в процессе открытия-закрытия) поступление в цилиндр воздуха, топливовоздушной смеси. Также среди функций клапанов обеспечивают очистку камеры сгорания цилиндра от отработавших (выхлопных) газов. Закрытие клапанов и удержание их в таком состоянии обеспечивают клапанные пружины.
• Распредвалы (элементы привода клапанов). От них зависит то, как открываются клапаны, сколько времени они находятся в открытом состоянии
• Механизмы привода клапанов. Функция идентична. И, как видно, из названия – это привод клапанов. Но сами механизмы могут быть разными. Всё зависит от мотора: например, бензиновый, дизельный.

Цилиндр играет роль направляющего для поршня.

Поршень, поршневые кольца и шатун

Цилиндрическая деталь или совокупность деталей, которая преобразует энергию горения топливо в механическую энергию, называется поршнем.

В проточках на боковой поверхности поршня вставлены поршневые кольца. Благодаря им между поршнем и стенкой цилиндра создаётся уплотнение. Задача поршневых колец заключается в создании барьера для перетекания из камеры сгорания в картер коленчатого вала газов.

Среди задач поршня:

• Оказание силового воздействия на шатун.
• Отвод тепла от камеры сгорания.
• Герметизация камеры сгорания.

Подвижное соединение между поршнем и коленчатым валом обеспечивает шатун. Именно шатун передаёт силу движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.

Коленчатый вал 

Коленчатый вал – это важная составляющая кривошипно-шатунного механизма. Кривошип коленчатого вала создает возвратно-поступательное движение поршня через шатун (подвижный элемент), то есть возвратно-поступательное движение поршня превращается в крутящий момент. Физически коленвал расположен в нижней части двигателя. Снизу коленвал прикрыт картером – самой внушительной неподвижной и полой частью двигателя, закреплённой на блоке сбоку. Визуально картер напоминает поддон.

Конструкция коленчатого вала состоит из несколько шеек (коренных и шатунных). Они соединены щеками, соединенных между собой щеками. Место перехода от шейки к щеке всегда является самым нагруженным у коленвала.

На коленчатый вал приходятся переменные нагрузки от сил давления газов.
Для того, чтобы не возникало осевых перемещений коленчатого вала, используется упорный подшипник скольжения. Он устанавливается на одной из шеек (средней или крайней).

Несколько важных терминов, касающихся устройства двигателя автомобиля

Камера сгорания –замкнутое пространство, где осуществляется воспламенение и горение топливовоздушной смеси. Сверху камера сгорания ограничена нижней поверхностью головки цилиндра, сбоку – стенками цилиндра, снизу –днищем поршня.
Толкатели клапанов, подъёмники –промежуточное звено, необходимое для передачи движения от распределительного вала к остальным частям механизма привода клапанов.
Коромысла (рокеры). Детали двигателя, функции которых заключаются в передаче движения от распределительного вала к клапанам.

Маховик. Деталь, ответственная за обеспечение равномерного вращения коленчатого вала. На цилиндрической устанавливается зубчатый венец. Он помогает провести пуск электростартера.

На схеме представлено расположение основных частей двигателя при рассмотрении его со стороны его задней части. На фланце коленчатого вала видны отверстия под болты, с помощью которых к фланцу крепится маховик с зубчатым венцом, или платина привода гидравлического трансформатора автоматической трансмиссии. Источник: Ford.

Автомобильные двигатели

Большинство двигателей автомобилей многоцилиндровые. Это значит при работе используется два или несколько цилиндров и два или несколько поршней.  

Автопром выпускает машины с 2-; 3-; 4-; 5-; 6; 8-; 10- и 12-цилиндровыми двигателями. 
Чем больше цилиндров у мотора, тем больше возможностей для увеличения мощности двигателя. Если нужен двигатель, предназначенный для езды по бездорожью либо машина, развивающая сверхвысокие скорости, актуально именно устройство двигателя автомобиля, ориентированное на большое количество цилиндров. Устройство двигателя с большим количеством цилиндров обеспечивает отличную равномерность вращения коленчатого вала, ведь угол поворота коленчатого вала при 10, 12 цилиндрах – очень небольшой.

Но у 2-х цилиндровых двигателей есть другое преимущество: самые лучшие показатели топливной эффективности.

Циклы двигателя

Устройство двигателя автомобиля всегда рассматривается в купе с его рабочим циклом.
Физически цикл – это периодически повторяющиеся процессы в каждом его цилиндре. Достаточно подробно разница между работой четырёхтактного и двухтактного двигателя отражена в нашей статье о двигателе внутреннего сгорания.

Сегодня мы остановимся на работе четырёхтактных моторов. Именно по четырёхтактному циклу работает большинство современных автодвигателей. Хотя сам принцип двигателя был изобретён Николаусом Отто в 19-м веке.

Поршень четырёхтактного двигателя совершает нисходящее и восходящее движение. Эта работа укладывается в один оборот коленчатого вала. При втором обороте коленчатого вала вновь повторяют эти движения.

1. Такт впуска (всасывания). Поступление в цилиндр двигателя свежего заряда: воздуха- от дизельного мотора бензинового двигателя с прямым вспрыском или топливовоздушной смеси, от газово-топливного двигателя, мотора с распределенным или центральным впрыском топлива, или газо-топливные двигатели). В результате разрежения, созданного поршнем, перепад давления между давлением в цилиндре и давление окружающего воздуха, заряд втягивается непосредственно в цилиндр.

2. Такт сжатия. Шатун толкает поршень. Поршень сжимает газообразный свежий заряд в цилиндре. Устройство дизельного двигателя настроено на то, чтобы температура сжатых газов должна достигла температуры воспламенения топлива. Если же речь идёт об устройстве газо-топливного, бензинового двигателя температура в конце такта сжатия достигать температуры воспламенения топлива не должна. Воспламенение производится от электроискрового разряда свечи зажигания.

3. Такт рабочего хода. Температура газов в цилиндре снижается, энергия горящих газов преобразуется в механическую энергию.

4. Такт выпуска отработавших газов. Поршень движется снизувверх. Отработавшие газы выходят из цилиндра через выпускной клапан.

Устройство двигателя автомобиля устроено так, что четыре такта повторяются циклично. Посредством маховика механическая энергия превращается во вращательное движение коленвала.

Модульное обучение автоосновам доступно при изучении электронных программ по профессиям. Удобный дистанционный формат обучения.

Строение двигателя автомобиля — как устроен и из чего состоит двигатель

Все мы передвигаемся на автомобилях совершенно разных марок и моделей. Но, немногие из нас даже задумываются над тем, как устроен двигатель нашего автомобиля. По большому счёту, знать на все 100% устройство двигателя автомобиля и не обязательно. Ведь мы все пользуемся, например, мобильными телефонами, но это не означает, что мы обязаны быть гениями радиоэлектроники. Есть кнопка «Вкл», нажал и говори. Но с автомобилем немного другая история.

Ведь неисправный телефон – это всего лишь отсутствие связи с друзьями. А неисправный двигатель автомобиля – это наша жизнь и здоровье. От правильного обслуживания двигателя автомобиля зависят многие моменты движения автомобиля вообще и безопасности людей в частности. Поэтому, скорее всего, будет правильно уделить десять минут, чтобы понять из чего состоит двигатель автомобиля и принцип работы двигателя.

Пара шагов в историю создания двигателя автомобиля

Мотор (двигатель) в переводе с латыни motor, значит – приводящий в движение. В современном понимании, двигатель – это устройство, которое преобразует какую-либо энергию в механическую. В автомобилестроение наиболее распространенными двигателями являются ДВС (двигатели внутреннего сгорания) различных типов. Годом рождения первого ДВС считается 1801 г. тогда француз Филипп Лебон запатентовал первый двигатель, работающий на светильном газе. Затем были Жан Этьен Ленуар и Август Отто. Именно Август Отто в 1877 г. получил патент на двигатель с четырёхтактным циклом работы. И до сегодняшнего дня работа двигателя автомобиля, в основе своей работает по этому принципу.

В 1872 г. американцем Брайтоном был представлен первый двигатель на жидком топливе –  керосине. Попытка была неудачной. Керосин не хотел активно взрываться внутри цилиндров. А в 1882 г. появился двигатель Готлиба Даймлера, бензиновый и работоспособный.

А теперь давайте разберемся какие все таки бывают типы двигателя автомобиля и к какому типу, прежде всего, можно отнести ваш автомобиль.

Какой у вас тип двигателя автомобиля?

С учетом того, что наиболее массовым в автомобилестроении является ДВС, рассмотрим, какие же типы двигателей установлены на наших автомобилях. ДВС не является самым совершенным типом двигателя, но благодаря своей 100% автономности, именно он и применяется в большинстве современных авто. Традиционные типы двигателей автомобиля:

• Бензиновые двигатели. Делятся на инжекторные и карбюраторные. Существуют разные типы карбюраторов и системы впрыска. Вид топлива – бензин.
• Дизельные двигатели. Дизельное топливо попадает в цилиндры через форсунки. Преимуществом дизельных двигателей является то, что им не нужно электричество для работы. Только для запуска двигателя.
• Газовые двигатели. Топливом может служить, как сжиженные и сжатые природные газы, так и генераторные газы, полученные путем преобразования твердого топлива (уголь, дерево, торф) в газообразное.

Разбираем устройство и принцип работы двигателя автомобиля

Как работает двигатель автомобиля? При первом взгляде на разрез двигателя, несведущему человеку хочется убежать. Настолько всё кажется сложным и запутанным. На самом деле, при более глубоком изучении, строение двигателя автомобиля просто и понятно для того, чтобы знать принцип его работы. Знать, и при необходимости применять эти знания в жизни.

• Блок цилиндров – его можно назвать рамой или корпусом двигателя. Внутри блока устроена система каналов для смазки и охлаждения двигателя. Он служит основой для навесного оборудования: головка блока цилиндров, картер и т.д.
• Поршень – пустотелый металлический стакан. Верхняя часть поршня (юбка) имеет специальные канавки для поршневых колец.
• Поршневые кольца. Верхние кольца – компрессионные, для обеспечения высокой степени сжатия воздушно-топливной смеси (компрессия). Нижние кольца – маслосъёмные. Кольца выполняют две функции: обеспечивают герметичность камеры сгорания и играют роль уплотнителей для того, чтобы масло не попадало в камеру сгорания.
• Кривошипно-шатунный механизм. Передаёт возвратно-поступательную энергию движения поршня  на коленвал.
• Принцип работы ДВС достаточно прост. Из форсунок топливо подается в камеру сгорания и обогащается там воздухом. Искра от свечи зажигания воспламеняет воздушно-топливную смесь и происходит взрыв. Образовавшиеся газы толкают поршень вниз, тем самым заставляя его передавать своё поступательное движение коленвалу.  Коленвал, в свою очередь, передаёт вращательное движение трансмиссии. Далее система шестерён передаёт движение колесам.

А уже колеса автомобиля везут несущий кузов вместе с нами в том направлении, куда нам необходимо. Вот такой принцип работы двигателя, мы уверены, будет вам понятен. И вы будете знать, что ответить, когда в автосервисе недобросовестные работники скажут, что вам нужно поменять компрессию, но на складе осталась одна, и та — импортная. Удачи вам в понимании устройства и принципа работы двигателя автомобиля.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. КШМ — кривошипно-шатунный механизм.
2. ГРМ   — механизм регулировки фаз газораспределения.
3. Система смазки.
4. Система охлаждения.
5. Система подачи топлива.
6. Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ — кривошипно-шатунный механизм

КШМ — основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу — преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

• Блок цилиндров.
• Головка блока цилиндров.
• Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
• Коленчатый вал с маховиком.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

• Распределительный вал.
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
• Детали привода клапанов.
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Система охлаждения двигателя

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

• Рубашка охлаждения двигателя
• Насос (помпа)
• Термостат
• Радиатор
• Вентилятор
• Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.

Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

• Масляный картер (поддон).
• Насос подачи масла.
• Масляный фильтр с редукционным клапаном.
• Маслопроводы.
• Масляный щуп (индикатор уровня масла).
• Указатель давления в системе.
• Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система питания

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

• Топливный бак.
• Датчик уровня топлива.
• Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой.
• Топливные трубопроводы.
• Впускной коллектор.
• Воздушные патрубки.
• Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры — воздушный фильтр и патрубки — тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

• Выпускной коллектор.
• Приемная труба глушителя.
• Резонатор.
• Глушитель.
• Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.

Как работает двигатель?

Важно ли понимать устройство двигателя для обычного пользователя автомобиля? Это как минимум необходимо для правильной эксплуатации мотора. Например, знаете ли вы про 9-цилиндровый мотор БМВ или что такое объем двигателя? За пять минут расскажем просто обо всем важном.

Виды моторов

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой достаточно сложную конструкцию. Существуют двух- и четырехтактные двигатели. Наиболее распространены 4-тактные моторы в автомобилях и мотоциклах. Двухтактники также могут применяться в транспорте, но чаще их используют для некоторых видов водных и даже воздушных судов. Двухтактные моторы устанавливают в мотокосах, бензопилах и прочем строительном бензоинструменте.

Конструкторы успели придумать такое множество агрегатов, попадающих под определение ДВС. Мы будем рассматривать наиболее привычные варианты. Рассмотрим 4-тактный мотор. Чтобы понять порядок и принципы его работы, разберемся, из чего он состоит:

• цилиндры, в которых располагаются поршни;
• коленчатый вал;
• газораспределительный механизм.

К этому добавим системы зажигания, подачи топлива и отвода отработанных газов, а также смазки и охлаждения двигателя.

Основные подходы к классификации силовых установок:

1. По количеству цилиндров.
2. По расположению цилиндров.
3. По виду топлива.

1. Цилиндров чаще всего бывает от одного до шести. Более мощные автомобили могут использовать, например, 8, 12 или 16 цилиндров.

2. В рядном двигателе цилиндры на коленчатом валу располагаются один за другим в ряд. Увеличить мощность двигателя без существенного изменения размеров можно путем удвоения количества цилиндров. При этом один ряд поршней располагается относительно второго ряда под углом 90 градусов. Такой тип двигателя называется V-образным. Существует еще и оппозитный тип мотора, когда два ряда поршней располагаются под углом 180 градусов. Такие двигатели, например, применяются в автомобилях Subaru. За счет особенностей расположения цилиндров автомобиль получает более низкий центр тяжести и вибрацию при работе, а также минимальную высоту капота.

3. ДВС может работать на бензине и дизтопливе. Отличие заключается в том, что в бензиновом моторе топливо подается смешанное с воздухом и зажигается с помощью искры от свечи. У дизельного мотора топливо и воздух подаются раздельно, воспламенение происходит от высокой температуры сжатого газа. Вместо бензина в двигателе со смешанным топливом может использоваться газ, например, метан.

В одной модели автомобиля часто используется целая линейка двигателей с разными характеристиками на выбор покупателя. Например, в популярной BMW 5-й серии (Е60) может использоваться рядный 4-цилиндровый дизельный двигатель (M47), рядный 6-цилиндровый турбодизель (М57) или мощный 10-цилиндровый бензиновый V-образник (S85).

А вот 9-цилиндровый двигатель БМВ ставили на самолеты, и располагались цилиндры относительно друг друга в виде звезды.

Порядок работы двигателя

Вернемся к двух- и четырехтактным двигателям. Конструкции двухтактных моторов могут сильно различаться и быть как проще, так и намного сложнее четырехтактных собратьев. За счет меньшего количества оборотов мощность двухтактников выше, но экономичность хуже. Маленькие по размерам и мощности моторы не требуют сложной системы охлаждения, масло для смазки добавляется непосредственно с топливом в камеру сгорания.

Один такт – это движение поршня внутри цилиндра вверх или вниз. Работа 4-тактного мотора состоит из:

• впуска;
• сжатия;
• рабочего хода;
• выпуска.

У двухтактной силовой установки впуск происходит во время сжатия (первый такт), а рабочий ход совмещен с выпуском отработанных газов (второй такт).

Теперь подробнее о четырехтактном процессе.

В цилиндре находится поршень, который с помощью шатуна крепится к коленвалу. Сверху цилиндра находятся впускные и выпускные клапаны, а также свеча. Внутренний объем всех цилиндров составляет так называемый объем двигателя.

Поршень может находиться в верхней точке цилиндра (верхняя мертвая точка), нижней (нижняя мертвая точка) или перемещаться между ними.

В первом такте открывается впускной клапан и поршень опускается. Таким образом, цилиндр наполняется либо смесью топлива и воздуха, либо только воздухом (для дизельного мотора).

Во втором такте поршень идет вверх, сжимая содержимое и параллельно увеличивая его давление и температуру. В конце такта свеча зажигания создает искру, в результате чего происходит детонация топливной смеси в бензиновом двигателе. В дизельном же свеча не используется, а топливо подается в последний момент такта, которое возгорается за счет высокого давления и температуры воздуха.

В третьем и основном такте работы мотора высвобождаемая от взрыва энергия двигает поршень вниз. Именно в этот момент создается сила, которая заставляет коленчатый вал вращаться, а от него вращается и маховик двигателя.

На четвертом такте поршень поднимается к верхней мертвой точке при открытом выпускном клапане. При этом удаляются отработанные газы. Далее цикл из четырех тактов повторяется.

Если в двигателе используется несколько цилиндров, движение их поршней управляется газораспределительным механизмом таким образом, чтобы цилиндры одновременно находились на разных тактах. Систем управления газораспределением существует несколько − от механических распредвалов до электронных процессоров.

Все движимые детали обязательно должны охлаждаться и смазываться. Температура в момент детонации достигает нескольких тысяч градусов. Охлаждение, как правило, производится с помощью жидкости, которая отбирает тепло у деталей двигателя. Далее жидкость сама должна охладиться и снова вернуться в мотор. Превышение допустимых температур может привести к практически моментальному разрушению силовой установки.

В легковых автомобилях количество оборотов коленвала может достигать восьми тысяч в минуту. Для минимизации механического износа система смазки должна работать идеально. Поэтому важно следить за уровнем моторного масла и работоспособностью масляного насоса. Системы смазки и охлаждения могут страдать из-за загрязнения, что ведет к сужению или перекрытию каналов движения жидкостей.

Основные механизмы и системы двигателя — Общее устройство и работа двигателя — Двигатель — Автомобиль

10 июня 2011г.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из двух основных механизмов — кривошипно-шатунного и газораспределительного — и систем охлаждения, смазки, питания. У карбюраторных двигателей имеется и система зажигания.

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает силу давления газов и преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндр свежей горючей смеси (карбюраторные двигатели) или воздуха (дизели) и выпуска из него отработавших газов.

Система охлаждения отводит теплоту от нагревающихся деталей двигателя. Она может быть жидкостной (у большинства отечественных двигателей) или воздушной (МеМЗ-968).

Система смазки служит для уменьшения трения между деталями двигателя, охлаждения их и отвода продуктов износа.

Система питания обеспечивает приготовление горючей смеси и подачу ее в цилиндры двигателя (карбюраторные и газовые двигатели) или же раздельную подачу в цилиндры топлива и воздуха (дизели), а также удаление из цилиндров продуктов сгорания.

Система зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя при помощи электрической искры.

Основные данные двигателей, установленных на автомобилях ГАЭ-53А, ГАЗ-51А, ЗИЛ-130, «Москвич-412» и ГАЗ-24 «Волга», приведены в таблице:

Контрольные вопросы

1. Что называется тактом и из каких тактов состоит рабочий цикл четырехтактного двигателя?
2. Что называется степенью сжатия и как она влияет на мощность и экономичность работы двигателя?
3. Назовите величину степени сжатия и литраж изучаемых двигателей.
4. Какова степень сжатия дизелей и на каком топливе они работают?
5. Как происходит рабочий цикл четырехтактного дизеля?

«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова

Как работает двигатель автомобиля, виды и основные узлы

Двигатель — сердце. Как много сегодня означает это слово. Без двигателя не работает ни одно устройство, двигатель дает жизнь любому агрегату. В данной статье рассмотрим, что такое двигатель, какие виды бывают, как работает двигатель автомобиля.

Основная задача любого двигателя – превратить топливо в движение. Одним из способов достичь такого можно с помощью сжигания топлива внутри мотора. Отсюда и название двигатель внутреннего сгорания.

Но, кроме ДВС следует различать и двигатель внешнего сгорания. Примером служит паровой двигатель теплохода, когда его топливо (дерево, уголь) сгорают за пределами мотора, генерируя пар, являющийся движущей силой. Двигатель внешнего сгорания не так эффективен как внутреннего.

На сегодняшний день широкого распространения получил двигатель внутреннего сгорания, которым укомплектованы все автомобили. Несмотря на то, что КПД ДВС не близко к отметке 100 %, лучшие ученые и инженеры трудятся над доведением до совершенства.

По видам двигателя делятся:

• Бензиновые: могут быть как карбюраторными так и инжекторными, используется система впрыска.

• Дизельные: работают на основе дизельного топлива, которое под давлением распыляется в камере сгорания топливной форсункой.

• Газовые: работают на основе сжиженного или сжатого газа, произведённого от переработки угля, торфа, дерева.
Итак, перейдем к начинке мотора.

• Основным механизмом является блок цилиндров, он же часть корпуса механизма. Блок состоит из различных каналов внутри себя, что служит для циркуляции охлаждающей жидкости, снижая температуру механизма, в народе называется рубашка охлаждения.

• Внутри блока цилиндров расположены поршни, их количество зависит от конкретного двигателя. На поршень одеваются в верхней части компрессионные кольца, а в нижней маслосъемные. Компрессионные кольца служат для создания герметичности при сжатии для воспламенения, а маслосъемные для забора смазывающей жидкости со стенки блока цилиндров и предотвращения попадания масла в камеру сгорания.

• Кривошипно-шатунный механизм: передает вращательный момент от поршня к коленвалу. Состоит из поршней, цилиндров, головок, поршневых пальцев, шатунов, картера, коленвала.

Алгоритм работы двигателя достаточно прост: топливо распыляется форсункой в камере сгорания, где перемешивается с воздухом и под воздействием искры образованная смесь воспламеняется.

Образованные газы толкают поршень вниз и вращательный момент передается коленвалу, который передает вращение трансмиссии. С помощью шестеренного механизма происходит движение колес.

Если сотворить бесперебойный цикл воспламенений горючей смеси за определенное количество времени, то получим примитивный двигатель.

Современные моторы основаны на четырехтактном цикле сгорания для превращения топлива в движение транспорта. Иногда такой такт называют в честь немецкого ученого Отто Николауса, сотворивший в 1867 году такт, состоящий из таких циклов: впуск, сжатие, горение, выведение продуктов сгорания.

Описание и предназначение систем:

• Система питания: дозирует образованную смесь воздуха и топлива и подает ее в камеры сгорания — цилиндры двигателя. В карбюраторном варианте состоит из карбюратора, воздушного фильтра, впускного трубоканала, фланца, топливного насоса с отстойником, бензобака, топливопровода.

• Система газораспределения: балансирует процессы впуска горючей смеси и выпуска отработанных газов. Состоит из шестерен, кулачкового вала, пружины, толкателя, клапана.

• Система зажигания: предназначена для подачи тока на контакт свечи для воспламенения рабочей смеси.

• Система охлаждения: уберегает мотор от перегрева, путем циркуляции и охлаждения жидкости.

• Система смазки: подает смазывающую жидкость к трущимся деталям, с целью минимизации трения и износа.

В данной статье рассмотрены понятие двигателя, его виды, описание и назначение отдельных систем, такт и его циклы.

Многие инженеры работают на тем, чтобы минимизировать рабочий объем мотора и существенно увеличить мощность, сократив потребление топлива. Новинки автопрома в очередной раз подтверждают рациональность конструкторских разработок.

Двигатель внутреннего сгорания — Технарь

Двигатель внутреннего сгорания — распространенней вид теплового двигателя, в нем топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе.

Такой тип теплового Двигателя обычно устанавливают на большинстве автомобилей. На рисунке 204 показан разрез простейшего двигателя внутреннего сгорания. Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. На валу укреплен тяжелый маховик 6, предназначенный для уменьшения неравномерности вращения вала.

В верхней части цилиндра имеются два клапана 1 и 2, которые при работе, двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 7, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы.

В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600-1800°С. Давление на поршень при этом резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом они охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Рассмотрим более подробно, схему работы такого двигателя. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными. Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала.

При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз (рис. 205, а). Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается клапан 1 ив цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь (рис. 205, б). В конце второго такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз (рис. 205, в). Под действием расширяющихся горячих газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах.

В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в, атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда поршень движется вверх (рис. 205, г). В конце четвертого такта клапан 2 закрывается.

Затем циклы работы двигателя повторяются.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска. В автомобильных двигателях пуск двигателя обычно осуществляется вспомогательным электрическим двигателем — стартером.

В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания, На рисунке 206 изображен разрез такого двигателя. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочередно происходит рабочий ход, и коленчатый вал все время получает энергию от одного из поршней.

Имеются и восьмицилиндровые автомобильные двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Необходимой частью всякого двигателя внутреннего сгорания является система охлаждения, так как возможны и преждевременные вспышки горючей смеси и даже ее взрыв. Охлаждение цилиндров производится проточной водой или воздухом, поэтому двигатели внутреннего сгорания бывают с жидкостным или воздушным охлаждением.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

Вопросы.

1. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания? 2. Из каких основных частей состоит простейший двигатель внутреннего сгорания? 3. Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания? 4. За сколько ходов, или тактов, происходит один рабочий цикл двигателя? Сколько оборотов делает при этом вал двигателя? 5. Какие процессы происходят в двигателе в течение каждого из четырех тактов? Как называют эти такты? 6. Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания? 7. Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего применяют в автомобилях? 8. Где ещё, кроме автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?

Как работает автомобильный двигатель? [Руководство на 2021 год]

Двигатель заставляет вашу машину двигаться с помощью очень сложных технологий.

В этом руководстве вы узнаете, как работает двигатель, а также как работают гибриды и электродвигатели.

Давайте сразу перейдем к основам автомобильных двигателей!

Основы автомобильного двигателя

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это то, что сегодня используется в большинстве автомобилей. Чтобы двигатель работал и производил мощность, требуется смесь воздуха и топлива.

Большинство автомобильных двигателей работают на ископаемом топливе, в основном на дизельном и бензине. Некоторые другие двигатели работают на биоэтаноле или водороде.

Независимо от топлива, большинство автомобильных двигателей работают по одному и тому же принципу. Некоторые различия зависят от используемого топлива.

Например, в дизельных двигателях отсутствуют свечи зажигания, вместо этого топливо сгорает из-за сильно сжатого (и, следовательно, горячего) воздуха.

Производство электроэнергии

Проще говоря, способ, которым двигатель производит мощность, можно описать в четыре этапа.

1. Индукция : Топливо добавляется в цилиндр с помощью топливной форсунки вместе с воздухом.
2. Компрессия: Поршень, расположенный в том же цилиндре, сжимает топливовоздушную смесь.
3. Мощность: Когда клапаны закрываются, свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, производя энергию.
4. Выхлоп: Поршень опускается из-за взрыва, передавая энергию коленчатому валу и выталкивая сгоревшие газы в выхлоп.

Эти четыре этапа присутствуют в большинстве двигателей внутреннего сгорания, использующих бензин. Эти четыре этапа называются «четырехтактным циклом», который существует в так называемых четырехтактных двигателях.

Компоненты двигателя

Двигатель внутреннего сгорания состоит из множества частей, наиболее важными из которых являются следующие:

• Блок двигателя
• Коленчатый вал
• Поршень
• Распределительный вал
• Топливная форсунка
• Выпускной коллектор

Все эти и другие детали являются типичными компонентами четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, который используется в большинстве автомобилей, работающих на ископаемое топливо.

Компоненты, упомянутые выше, отвечают за выработку энергии, но для запуска двигателя необходимы многие другие компоненты и системы. Это включает в себя систему смазки, систему охлаждения, систему запуска, блок управления двигателем (ЭБУ) и многое другое.

Приведенный выше список будет объяснен, а позже будет показано, как все они действуют в прекрасной симфонии, производя энергию и заставляя ваш автомобиль двигаться.

Блок двигателя

Блок цилиндров — это ядро ​​двигателя.Большинство современных двигателей состоят из моноблока, что означает, что все цилиндры используют один и тот же блок.

В блоке двигателя есть не только пространство для цилиндров, но и масляные каналы и каналы для охлаждающей жидкости, что позволяет двигателю смазываться и охлаждаться соответственно.

Возможно, вы слышали о двигателях, которые называются V8, V12, рядный 4, оппозитный двигатель и так далее. Эти названия продиктованы расположением цилиндров в блоке цилиндров.

Ниже перечислены наиболее распространенные типы двигателей внутреннего сгорания.Существуют и другие типы и варианты, но они не очень распространены.

V-образный двигатель

V-образные двигатели, такие как V6, V8, V12, называются так, потому что цилиндры выровнены так, что они образуют букву «V», если смотреть на это спереди или с торца.

Число обозначает количество цилиндров в блоке цилиндров. У V6 шесть цилиндров, у V10 — десять цилиндров и так далее.

Рядный двигатель

Рядный двигатель сконфигурирован так, что цилиндры выровнены в один прямой ряд.Эти двигатели обычно имеют 4 цилиндра или меньше и дешевле в производстве.

оппозитный двигатель

Двигатель с оппозитным двигателем — это особый тип плоского двигателя. Поршни лежат плоско, и каждая пара противостоящих поршней одновременно движется внутрь и наружу.

Движение пары поршней, движущихся вместе вперед и назад, напоминает движение боксеров перед боем, когда они ударяют своими перчатками вперед и назад, отсюда и название.

Роторный двигатель

В двигателях

Ванкеля, также называемых роторными двигателями, поршни вообще не используются.Вместо этого они используют ротор в форме треугольника.

Сегодня роторные двигатели очень редки, и только несколько моделей автомобилей оснащены ими. Он привлек внимание многих автолюбителей, поскольку двигатель способен и любит работать на высоких оборотах.

Коленчатый вал

Поршни подвергаются реакциям, происходящим в камере сгорания. Когда топливо воспламеняется, энергия опускает поршни.

Поршни соединены с коленчатым валом шатунами.Коленчатый вал движется вместе с поршнями. Движение поршней вверх и вниз преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Коленчатый вал подвергается воздействию огромных сил, в конце концов, сила, которая поддерживает движение вашего относительно тяжелого автомобиля, проходит через коленчатый вал. Не говоря уже о том, что большая часть энергии в коленчатом валу теряется из-за трения.

Поскольку коленчатый вал преобразует линейное движение во вращательное, маховик сглаживает мощность. Передача мощности продолжается в трансмиссию, где между коленчатым валом и трансмиссией находится муфта.

Трансмиссия соединена с выходным валом, который, в свою очередь, соединен с осями. Оси соединены с колесами, завершая движение энергии, создаваемой цилиндром.

Коленчатый вал передает крутящий момент не только на трансмиссию. При его вращении шкивы, соединенные с коленчатым валом, в свою очередь, соединяются с дополнительными ремнями, которые приводят в действие другие компоненты автомобиля, такие как генератор переменного тока, распределительный вал и насос гидроусилителя рулевого управления.

Поршень

Как вы уже видели в тексте, поршень — это то, что часто упоминается в процессе создания мощности в двигателе внутреннего сгорания.

Поршень заключен в цилиндры блока цилиндров. Ничего не протекает и не выходит из поршня, поскольку поршневые кольца, которые находятся на поршне, создают идеальное уплотнение, чтобы обеспечить сжатие, необходимое для сгорания топлива.

Верхняя часть цилиндра, то есть та часть, которую не занимает поршень, называется камерой сгорания. Камера сгорания становится все меньше и меньше по мере продвижения поршня вверх по направлению к верхней части цилиндра.

Когда поршень движется вверх и камера сгорания становится меньше, возникает большое количество тепла и давления, и топливно-воздушная смесь взрывается, высвобождая энергию и обеспечивая мощность.

Как упоминалось ранее, дизельные двигатели не полагаются на свечи зажигания, вместо этого топливо воспламеняется за счет сильного сжатия, вызванного поршнем, делающим камеру сгорания «меньше».

Распредвал

Как упоминалось в разделе коленчатого вала, распределительный вал соединен с коленчатым валом, обеспечивая синхронное движение в блоке цилиндров.

Распределительный вал управляет впускными и выпускными клапанами, позволяя воздуху и топливу попадать в камеру сгорания.

Возможно, вы слышали о ремнях ГРМ или цепях ГРМ; это то, что соединяет коленчатый вал и распределительный вал.Они следят за тем, чтобы клапаны полностью открывались, когда поршень находится в нижнем положении, обеспечивая подачу топлива и воздуха в цилиндр, и закрывают клапаны, когда поршень движется к верхней части цилиндра, воспламеняя топливо.

Если в вашем автомобиле есть ремень ГРМ, важно менять его с периодичностью, определяемой производителем автомобиля. Отказ ремня ГРМ может привести к серьезным повреждениям двигателя, поскольку компоненты двигателя, которые не должны соприкасаться друг с другом, делают это с большой силой.

Топливная форсунка

Ранее в автомобилях с бензиновым двигателем использовались карбюраторы.Когда ваша правая нога нажимает на педаль газа, дроссельная заслонка открывается, позволяя воздуху проходить через карбюратор.

Когда воздух проходил через карбюратор, то же самое проходило и топливо. Воздух «увлекал» за собой топливо из топливного бака карбюратора, называемого поплавковой чашей.

Это стало возможным с помощью причудливой физики, или, точнее, принципа Бернулли, который сделал воздух и топливо относительно пропорциональными.

Топливно-воздушная смесь затем поступает во впускной коллектор, а затем к впускным клапанам, где происходит сгорание в цилиндре.

Сегодня используется топливная форсунка, которая подает более точное количество топлива через форсунку. Существуют также различные типы топливных форсунок, в основном разветвленные за счет внешнего и внутреннего смесеобразования.

В общем, как следует из названия, топливные форсунки, образующие внешнюю смесь, смешиваются перед тем, как попасть в камеру сгорания. При внутреннем смесеобразовании топливо обычно непосредственно впрыскивается в камеру сгорания.

Современные автомобили имеют различные типы датчиков и другую электронику, которая с помощью системы впрыска топлива обеспечивает удовлетворительное соотношение воздух-топливо.

Выпускной коллектор

После сгорания топлива выхлопные газы должны выходить из камеры сгорания. Это происходит, когда поршень движется вверх при открытом выпускном клапане.

Изначально можно подумать, что это очень простой процесс, по сравнению с другими компонентами и системами двигателя, так оно и есть. Однако за этими системами стоит много инженерного искусства.

Для простоты не будем вдаваться в подробности. Если вы хотите узнать больше о выпускном коллекторе и конструкции, стоящей за ним, в Википедии есть отличная и краткая статья об этом.

Стоит отметить, что несгоревшее топливо также проходит через выпускной коллектор. В коллекторе установлен кислородный датчик, сообщающий системе топливной форсунки сигнал, если соотношение топливо-воздух слишком богатое или бедное.

Двигатели для гибридных автомобилей

К настоящему времени вы должны иметь общее представление о том, как работает двигатель автомобиля. До сих пор упоминались в основном автомобили с бензиновым и дизельным двигателем, но есть тип автомобиля, который немного сложнее — гибридный автомобиль с двигателем .

Гибрид — это вещь, созданная из двух разных элементов. В автомобильном мире гибридное транспортное средство обычно означает, что автомобиль работает на двух типах энергии — электрическом и бензиновом.

Как правило, существует три типа гибридных автомобилей:

• Полный гибрид
• Мягкий гибрид
• Подключаемые гибриды

Эти типы делятся в зависимости от степени гибридизации.

Короче говоря, полногибридный автомобиль может работать как от двигателя, так и от аккумуляторов или от любого из них по отдельности.

Мягкий гибридный автомобиль не имеет электрического двигателя или генератора, который мог бы приводить в действие сам автомобиль.

Мягкие гибриды используют электродвигатель, который также заменяет традиционный генератор переменного тока. Электродвигатель помогает автомобилю и экономит топливо, например, выключая двигатель внутреннего сгорания при движении накатом, неподвижности или торможении.

Он также может помочь двигателю внутреннего сгорания при ускорении, а некоторые также поддерживают рекуперативное торможение.

Когда рекуперативное торможение активно, кинетическая энергия вращающихся колес накапливается в виде электричества. В некотором смысле это похоже на генератор, который вырабатывает электричество, но вместо кинетической мощности коленчатого вала она исходит от колес.

Подключаемый гибридный модуль аналогичен полному гибриду. Разница в размере батареи, поскольку подключаемый гибрид намного больше. Вам также придется подключить автомобиль к электросети, чтобы полностью зарядить его, отсюда и название «подключаемый гибрид».

Как работает двигатель гибридного автомобиля?

Приведенная выше классификация определяется мощностью электродвигателя. В следующем тексте будут обсуждаться различные типы гибридной реализации с точки зрения дизайна.

Будут обсуждены три типа гибридных конструкций:

• Параллельный гибрид
• Последовательный гибрид
• Последовательно-параллельный гибрид

Параллельный гибрид

Представьте автомобильный двигатель, вырабатывающий мощность и передающий эту мощность на ось, которая, в свою очередь, передает эту мощность на колеса.С другой стороны, у вас есть электродвигатель, передающий свою мощность на ту же ось.

Это основной принцип параллельного гибрида. И двигатель внутреннего сгорания, и электродвигатель направляют мощность на одну и ту же ось. В большинстве случаев электромотор находится между двигателем и трансмиссией.

Гибрид серии

Возможно, вы слышали об «электромобилях с увеличенным запасом хода». Это гибриды, которые используют как электродвигатель (двигатели), так и двигатель внутреннего сгорания.

Уловка с серийными гибридами заключается в том, что двигатель никак не связан с колесами. Вместо этого двигатель подключен к генератору, который питает электродвигатель электричеством.

Двигатель внутреннего сгорания включается, когда в аккумуляторной батарее больше нет заряда, напрямую запитывая электродвигатель. Его также можно использовать для зарядки аккумулятора.

Последовательно-параллельный гибридный

Как следует из названия, последовательно-параллельный гибрид сочетает в себе конструкцию параллельного гибрида и последовательного гибрида.

Другими словами, двигатель внутреннего сгорания обеспечивает энергией как колеса, так и генератор.

Как работают электромобили?

У полностью электрических автомобилей отсутствует двигатель. Что касается компонентов, это гораздо более простая конструкция, не требующая генераторов, выхлопных систем, впрыскивания топлива, цилиндров и т. Д.

Из-за отсутствия большого двигателя многие электромобили, кроме багажника, имеют передний багажник или так называемый «передок». Это может пригодиться, так как дает больше места для хранения вещей в автомобиле.

Вместо двигателя используется один или несколько электродвигателей. Расположение двигателя зависит от модели автомобиля. У некоторых он установлен исключительно на передней оси, у других — сдвоенные двигатели на передней и задней оси.

В некоторых высококлассных спортивных электромобилях даже используется двигатель для каждого колеса. Независимо от цены, электромобили работают очень похоже.

Полностью электрический автомобиль состоит из нескольких компонентов, в том числе:

• Аккумулятор
• Электрический тяговый двигатель
• Тепловая система
• Порт зарядки
• Преобразователь постоянного / постоянного тока
• Контроллер силовой электроники
• Тяговый аккумулятор
• Трансмиссия

Этих компонентов немного, и они не нуждаются в традиционной масляной смазке , выхлопная система и так далее.Из-за этого электромобили намного проще обслуживать и обслуживать, чем традиционные автомобили с двигателем внутреннего сгорания.

От выхода в мир

Существуют специальные зарядные устройства для электромобилей, однако большинство электромобилей поддерживают зарядку от обычной розетки, которая есть у вас дома.

Итак, как электричество из вашего дома позволяет вашей машине путешествовать по всему миру (пока есть электричество)?

Разберем компоненты электромобиля:

Порт зарядки

Первый шаг — зарядить автомобиль, подключив зарядное устройство к зарядному порту.Переменный ток (AC) проходит через бортовое зарядное устройство, которое преобразует его в постоянный ток (DC), который хранится в тяговой аккумуляторной батарее.

Преобразователь постоянного тока в постоянный

Из-за высокого напряжения мощность постоянного тока, которая хранится в задней части тягового аккумулятора, слишком высока для работы аксессуаров автомобиля. Чтобы решить эту проблему, преобразователь постоянного тока в постоянный преобразует его в низковольтный постоянный ток, питающий аксессуары автомобиля.

Батарея накапливает и обеспечивает электроэнергией те же аксессуары.

Тяговый электродвигатель

Электродвигатель — это то, что заставляет колеса крутиться, а машину трогать. Питание происходит от тягового аккумулятора.

Тяговая аккумуляторная батарея

Тяговый аккумулятор — это аккумулятор, обеспечивающий питание автомобиля. Обычно это литий-ионные литий-полимерные батареи. Аккумулятор из-за большого размера расположен в нижней части автомобиля.

Контроллер силовой электроники

Контроллер силовой электроники — это мозг электрических процессов.Он определяет скорость электродвигателя, энергию, подаваемую на аккумулятор, и многое другое.

Трансмиссия

Трансмиссия передает мощность от электродвигателя на колеса. В отличие от традиционных двигателей внутреннего сгорания, трансмиссия в большинстве электромобилей имеет только одну передачу.

Тепловая система

Тепловая система охлаждает всю систему. Это очень важный компонент, так как на производительность сильно влияет температура.

Сводка

Tesla Model S

Двигатель внутреннего сгорания — это очень сложный двигатель, который обычно работает либо на бензине, либо на дизельном топливе.Самая большая разница между бензиновым и дизельным двигателем заключается в том, что в дизельном двигателе используются не свечи зажигания, а компрессия.

Автомобильные двигатели, использующие два или более источника энергии, называются гибридами. Обычно гибриды состоят из двигателя внутреннего сгорания с электродвигателем.

Гибриды можно разделить на категории либо по дизайну, либо по степени гибридизации. В большинстве гибридных автомобилей используется последовательно-параллельная гибридная конструкция, в которой двигатель внутреннего сгорания обеспечивает мощность как для генератора, так и для колес.

У полностью электрического автомобиля меньше компонентов, чем у традиционного двигателя. Их намного проще обслуживать, поскольку у них меньше деталей и их не нужно смазывать, например, маслом.

Основы работы с двигателем

Основы работы с двигателем

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Аннотация : Поршневые двигатели внутреннего сгорания — подкласс тепловых двигателей — могут работать в четырех- и двухтактных циклах. В каждом случае двигатель может быть оборудован системой сгорания с искровым зажиганием (SI) или с воспламенением от сжатия (CI). Возможен ряд других классификаций двигателей, основанных на мобильности двигателя, применении, топливе, конфигурации и других параметрах конструкции. Теоретически процесс сгорания можно смоделировать, применяя законы сохранения массы и энергии к процессам в цилиндре двигателя.Основные конструктивные и рабочие параметры двигателей внутреннего сгорания включают степень сжатия, рабочий объем, зазор, выходную мощность, указанную мощность, термический КПД, указанное среднее эффективное давление, среднее эффективное давление при торможении, удельный расход топлива и многое другое.

Тепловые двигатели

Определение и классификация

Тепловые двигатели — это машины преобразования энергии — они преобразуют химическую энергию топлива в работу, сжигая топливо в воздухе для получения тепла.Это тепло используется для повышения температуры и давления рабочего тела, которое затем используется для выполнения полезной работы. Тепловые двигатели можно классифицировать как:

1. Двигатели внутреннего сгорания, или
2. Двигатели внешнего сгорания.

Их также можно разделить на возвратно-поступательные и вращательные. В поршневых двигателях рабочая жидкость используется для линейного перемещения поршня. Затем поступательное движение обычно преобразуется во вращательное с помощью кривошипно-скользящего механизма (шатун / коленчатый вал).В роторном двигателе рабочая жидкость вращает ротор, соединенный с выходным валом.

Двигатели внутреннего сгорания

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) рабочее тело состоит из воздуха, топливовоздушной смеси или продуктов сгорания самой топливно-воздушной смеси. Поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением являются, пожалуй, наиболее распространенной формой известных двигателей внутреннего сгорания. Они приводят в действие автомобили, грузовики, поезда и большинство морских судов. Они также используются во многих небольших служебных приложениях.Они могут работать на жидком топливе, таком как бензин и дизельное топливо, или на газообразном топливе, таком как природный газ и сжиженный нефтяной газ. Двумя общими подкатегориями поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением являются двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель . Примеры роторных двигателей внутреннего сгорания включают роторный двигатель Ванкеля и газовую турбину.

Общие цели при проектировании и разработке всех тепловых двигателей включают: максимизацию работы (выходную мощность), минимизацию потребления энергии и уменьшение загрязняющих веществ, которые могут образовываться в процессе преобразования химической энергии в работу.На рисунке 1 показаны основные узлы поршневых двигателей внутреннего сгорания. Конструкция магистрального двигателя является наиболее распространенной, хотя термин «магистральный двигатель» редко используется за пределами отрасли крупных двигателей. Конструкция крейцкопфа в настоящее время используется только в больших тихоходных двухтактных двигателях. Впускные и выпускные клапаны опущены для простоты, однако стоит отметить, что в некоторых конструкциях двухтактных двигателей используются впускные и выпускные отверстия, а не клапаны.

Рисунок 1 . Основные узлы поршневых магистральных (а) и крейцкопфных (б) двигателей

Как двух-, так и четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть оборудован системой сгорания с искровым зажиганием (SI) или с воспламенением от сжатия (CI).

Обычно системы с искровым зажиганием характеризуются предварительно смешанным зарядом (т.е. топливо и воздух смешиваются перед зажиганием) и внешним источником воспламенения, таким как свеча зажигания. Предварительное смешивание может происходить во впускном коллекторе или в цилиндре. Хотя предварительно смешанный заряд имеет относительно однородное пространственное распределение воздуха и топлива в большинстве случаев, это распределение также может быть неоднородным. Возгорание инициируется искрой, и пламя распространяется наружу вдоль фронта от места искры.Сгорание в двигателях SI считается кинетическим, поскольку вся смесь воспламеняется, а скорость горения определяется тем, насколько быстро химическая реакция может поглотить эту смесь, начиная с источника воспламенения.

Обычные дизельные двигатели характеризуются впрыском топлива непосредственно в цилиндр примерно в то время, когда требуется зажигание. В результате заправка воздуха и топлива в этих двигателях очень неоднородна: одни регионы являются чрезмерно богатыми, а другие — обедненными.Между этими крайностями смесь топлива и воздуха будет существовать в различных пропорциях. При впрыске топливо испаряется в этой высокотемпературной среде и смешивается с горячим окружающим воздухом в камере сгорания. Температура испарившегося топлива достигает температуры самовоспламенения и самовоспламеняется, чтобы начать процесс сгорания. Температура самовоспламенения топлива зависит от его химического состава. В отличие от системы SI, сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия может происходить во многих точках, где соотношение воздух-топливо и температура могут поддерживать этот процесс.Говорят, что основная часть процесса сгорания в двигателях с ХИ регулируется смешиванием, потому что скорость регулируется образованием воспламеняющихся смесей воздуха и топлива в камере сгорания.

В некоторых случаях различие между модулями SI и CI может быть нечетким. Из-за необходимости сокращения выбросов и расхода топлива были разработаны системы сгорания, которые могут использовать некоторые особенности двигателей SI и CI; например, самовозгорание предварительно смешанных смесей бензина, дизельного топлива или их смеси.

Газовые турбины, рис. 2, являются еще одним примером двигателей внутреннего сгорания. Однако, в отличие от поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением, сгорание происходит отдельно в специальной камере сгорания.

Рисунок 2 . Микрогазовая турбина для расширителей диапазона в транспортных средствах средней и большой грузоподъемности

(Источник: Wrightspeed Inc.)

Двигатели внешнего сгорания

В двигателях внешнего сгорания рабочее тело полностью отделено от топливовоздушной смеси.Тепло от продуктов сгорания передается рабочему телу через стенки теплообменника. Паровая машина — хорошо известный пример двигателя внешнего сгорания.

Примером поршневого двигателя внешнего сгорания является двигатель Стирлинга, в котором тепло добавляется к рабочему телу при высокой температуре и отводится при низкой температуре. Тепло, добавляемое к рабочему телу, может быть получено практически от любого источника тепла, такого как сжигание ископаемого топлива, дерева или любого другого органического материала.

Цикл Ренкина, на котором основаны многие конструкции паровых двигателей, является еще одним примером двигателя внешнего сгорания. Тепло, поступающее от внешнего источника, повышает температуру жидкости, такой как вода, до тех пор, пока она не превратится в пар, который используется для перемещения поршня или вращения турбины. Паровые двигатели приводили в движение автомобили в США с 1900 по 1916 год; однако к 1924 году они почти исчезли. Паровые грузовики были популярны в Англии до середины 1930-х годов. В то время как паровые локомотивы во многих странах постепенно заменялись тепловозами на протяжении большей части 20 ^-го -го века, некоторые из них оставались в эксплуатации до 21-го, ^{-го и} -го века.Причины отказа от парового двигателя в качестве основного двигателя в мобильных приложениях заключались в размере и количестве основных компонентов, необходимых для их работы, таких как печь, котел, турбина, клапаны, а также их сложных элементов управления [422] . Паровая турбина, которая до сих пор работает на многих стационарных электростанциях, является примером роторного двигателя внешнего сгорания.

В 21 ^{-м веке} сосредоточение внимания на повышении эффективности двигателей вызвало возобновление интереса к циклу Ренкина для мобильных приложений — в форме рекуперации отработанного тепла выхлопных газов (WHR).В то время как в некоторых из этих устройств используется пар, в других используются органические жидкости, которые лучше подходят для применений с относительно низкой температурой выхлопных газов транспортных средств. Из-за комбинации цикла Ренкина и органической рабочей жидкости эти системы часто называют системами рекуперации отходящего тепла с органическим циклом Ренкина (ORC).

###

Двигатель приводит в движение ваш автомобиль, преобразуя топливо в энергию. Другими словами, он превращает химическую энергию в механическую.Двигатель требует топлива и чистого воздуха, охлаждающей жидкости и воды, электричества для зажигания и масла для смазки.

Базовая работа двигателя

Двигатель состоит из полых цилиндров, называемых камерами сгорания, и поршней, которые двигаются вверх и вниз внутри. Здесь начинается основная операция. Топливо и воздух сгорают внутри камер, что приводит к перемещению поршня. В автомобилях обычно имеется 4, 6 или 8 таких цилиндров, которые можно расположить в различных положениях.

Детали двигателя и их назначение

Двигатель состоит из тысяч частей, работающих вместе.Вот почему вам следует использовать опытного автомеханика, прошедшего соответствующую подготовку. Все эти части составляют основу механической, химической, электрической и (теперь уже) компьютерной инженерии. Клиенты обязательно должны помнить об этом, учитывая, сколько времени потребуется механикам, чтобы осмотреть ваш двигатель. Здесь мы предоставили список деталей двигателя, с которыми необходимо ознакомиться, чтобы вы могли быть проинформированы и понять диагностику вашего двигателя:

1. Блок двигателя (или блок цилиндров)

Блок двигателя содержит цилиндры и другие каналы.Его также называют блоком цилиндров, потому что он содержит цилиндрические отверстия, по которым поршни перемещаются вверх и вниз. Здесь же вращается коленчатый вал, а в некоторых двигателях удерживает распределительный вал. В современных транспортных средствах блок цилиндров двигателя сделан из алюминиевого сплава из-за его способности передавать тепло системе охлаждения. Общие проблемы с блоком цилиндров включают утечку охлаждающей жидкости, изношенный цилиндр и пористый блок двигателя, вызванные загрязнением металла во время его изготовления.

2. Камера сгорания и поршень.

В камере сгорания создается энергия для работы вашего двигателя. Воздух, давление, топливо и электричество вместе образуют взрыв, который перемещает поршень вверх и вниз. Камера сгорания состоит из головки блока цилиндров вверху, цилиндра по бокам и поршня у пола. Поршень прикрепляется к коленчатому валу через шатун. Когда он движется вверх и вниз, он вращает коленчатый вал. Канавки вокруг поршней называются поршневыми кольцами. Компрессионные кольца вверху создают уплотнение против стенок камеры сгорания.Масляные кольца предотвращают просачивание масла в камеру сгорания.

3. Головка блока цилиндров, топливные форсунки и свечи зажигания.

Головка блока цилиндров — это герметичная крышка камеры сгорания. Он также удерживает впускной и выпускной клапаны, свечи зажигания и топливные форсунки. Топливные форсунки распыляют бензин (или дизельное топливо) в двигатель. На головке блока цилиндров установлена ​​одна топливная форсунка на цилиндр. Свеча зажигания преобразует электрическую энергию в химическую. После впрыска топлива в камеру сгорания свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, создавая взрыв.Этот взрыв заставляет поршни подниматься и опускаться, преобразовывая химическую энергию в механическую.

4. Распредвал и коленчатый вал

Коленчатый вал вращается в соответствии с выходом механической энергии из двигателя внутреннего сгорания. Он вращается за шатун поршня. С другой стороны, распределительный вал расположен над двигателем. Его задача — открывать и закрывать клапаны, которые заполняют двигатель смесью воздуха и топлива, необходимой для сгорания. Он приводится в действие коленчатым валом и ремнем ГРМ.Одной из проблем, которые могут возникнуть в современных автомобилях, является отказ датчика положения коленчатого вала. Этот датчик контролирует частоту вращения и положение коленчатого вала. При выходе из строя датчиков двигатель может пропускать зажигание и вибрировать.

5. Система синхронизации

Из-за тысяч движущихся частей синхронизация важна для правильной и эффективной работы двигателя. Прежде всего, топливно-воздушная смесь должна гореть сразу после того, как поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ) во время своего вращения. В самом простом объяснении коленчатый вал поворачивает ремень ГРМ, который, в свою очередь, приводит в действие распределительный вал, который синхронно открывает и закрывает топливный и воздушный клапаны.В более новых автомобилях с компьютерными системами используется электронная система хронометража, которая более точно рассчитывает время искры. Время также контролируется датчиками. Таким образом, если ваш двигатель пропускает зажигание или выходит из строя, ваш автомобиль может предупреждать вас и иногда автоматически отключаться, чтобы избежать дальнейшего повреждения двигателя.

6. Клапаны и клапаны

Клапанный механизм или клапанный механизм включает в себя все части двигателя, которые необходимы для открытия и закрытия топливного и выпускного клапанов. Распределительный вал — самая важная часть этого узла.В зависимости от типа двигателя клапанный механизм может включать один или несколько распределительных валов. Некоторые автомобили имеют один распределительный вал, некоторые — несколько, а некоторые имеют один распределительный вал для выпуска и один для топлива. Лепестки кулачка расположены на распредвале и открывают и закрывают впускные и выпускные клапаны в зависимости от расположения поршня. Кулачковый толкатель расположен на верхней части клапана. Лепесток кулачка нажимает на толкатель кулачка, когда он вращается. Затем кулачковый толкатель переводит вращательное движение в движение вверх и вниз, открывая и закрывая клапан.

7. Коромысла

Коромысло — это более крутой способ сказать «толкатель кулачка». Они преобразуют вращательную энергию в линейную энергию. Время работы двигателя частично зависит от размера и формы коромысел, которые определяют, как долго впускные и выпускные клапаны остаются открытыми.

8. Толкатели / подъемники

Толкатели и толкатели также являются частью клапанного механизма. Подъемник соединяется с распредвалом, а толкатель — с подъемником. Когда распределительный вал вращается, толкатель толкает коромысла вверх, который раскачивает коромысло и толкает клапаны вниз.

Мы надеемся, что это познакомит вас с работой двигателя. Если ваш двигатель вибрирует, пропускает зажигание или горит индикатор проверки двигателя, позвоните нам по телефону 314-849-2900! Компания «Сант Автомотив» рада помочь! Для получения дополнительной информации посмотрите это видео с нашего партнера BG Products.

Поршневой двигатель

— обзор

1.2 Обзор бензиновых двигателей с прямым впрыском

Прямой впрыск для бензиновых двигателей — не новая идея. В 30-е годы прошлого века была проделана большая работа по разработке нового поколения авиационных поршневых двигателей для военных целей в виде двухтактных клапанных двигателей с непосредственным впрыском (Rolls-Royce Crecy) с удельной мощностью 165 кВт / литр и менее. удельный расход топлива более 225 г / кВт · ч.Вопреки тому, что сообщалось в прессе или утверждалось некоторыми производителями автомобилей, честь быть первым, кто применил систему прямого впрыска для автомобильных приложений, принадлежит Goliath и Gutbrod в 1952 году. И Goliath GP700 E, и Gutbrod Superior 600 были приводится в движение двухцилиндровыми двухтактными бензиновыми двигателями, оснащенными системой непосредственного впрыска топлива производства Bosch. Они были на несколько лет раньше известного Mercedes-Benz 300SL, хотя двигатель Benz был первым серийным четырехтактным бензиновым двигателем с непосредственным впрыском.Топливные форсунки Bosch были помещены в отверстия на стенке цилиндра, которые использовались оригинальными свечами зажигания, которые были перемещены на головку блока цилиндров. Использование прямого впрыска в ту эпоху было в основном направлено на повышение производительности автомобиля за счет охлаждающего эффекта прямого впрыска топлива.

В 1970-е годы наблюдался небольшой всплеск активности в области исследований и разработок бензиновых двигателей с прямым впрыском. Самым известным случаем была система «ProCo» (программируемое сгорание), разработанная Ford Motor Company, которая была реализована в двигателе V8 и протестирована на 100 автомобилях Crown Victoria (Scussei et al., 1978). В системе использовался более поздний впрыск и камера сгорания типа «чаша в поршне» для достижения послойного сгорания заряда и, следовательно, работы без дросселирования на протяжении большей части рабочего диапазона двигателя. Проект вскоре был отменен из-за чрезвычайно высокой стоимости и негибкости системы впрыска топлива. Механическая система впрыска топлива насос-магистраль-форсунка диктовала использование позднего времени впрыска топлива даже при полной нагрузке, что приводило к ограниченному дыму сгоранию при соотношении воздуха к топливу более 20: 1.Кроме того, выбросы NO _x не могут соответствовать пределу EPA. Наличие трехкомпонентного каталитического нейтрализатора оказалось более экономичным решением в эпоху, когда вводился закон о выбросах выхлопных газов.

Фундаментальные ограничения предыдущей работы с бензиновыми двигателями DI были преодолены в 1990-х годах, когда системы прямого впрыска топлива, первоначально разработанные для двухтактных бензиновых двигателей, нашли свой первый коммерческий успех в четырехтактных двигателях.В 1996 году первый современный автомобильный бензиновый двигатель с прямым впрыском был представлен на японском рынке компанией Mitsubishi Motors как 1,8-литровый рядный 4-цилиндровый двигатель Galant / Legnum, который впоследствии был продан в Европе в 1997 году на автомобиле Mitsubishi Carisma (Iwamoto et al. , 1997). К 2001 году Mitsubishi произвела более миллиона двигателей GDI в четырех семействах как с прямым приводом, так и с двигателем V6. Почти в то же время бензиновые двигатели DI были представлены на японском и европейском рынках компанией Toyota (Harada et al., 1997). Эти двигатели были спроектированы для работы в режиме горения с искровым зажиганием с расслоенным зарядом при частичной нагрузке и на малых и средних скоростях, а также в режиме сгорания с искровым зажиганием с однородным зарядом при высоких нагрузках и высоких скоростях, как показано на рис. 1.1. Большинство других европейских и японских производителей автомобилей последовали их примеру и начали производить свои собственные бензиновые двигатели DI или брали лицензии у Mitsubishi. На рисунке 1.2 показаны основные характеристики типичного бензинового двигателя DI: инжектор цилиндра, снабжаемый бензиновым топливом высокого давления от общей топливораспределительной рампы и насос высокого давления с кулачковым приводом, сложные впускные каналы и камера сгорания, а также специальные устройства для дополнительной обработки выхлопных газов. .

1.1. Режимы работы бензинового двигателя ДИ. BMEP — это среднее эффективное давление в тормозной системе (см. Раздел 1.3).

1.2. Типичный бензиновый двигатель DI.

Однако эффективность использования топлива в реальных условиях вождения оказалась ниже заявленной. Введение ужесточенного законодательства по выбросам требует использования дорогостоящих, громоздких и менее эффективных средств дополнительной обработки NO _x на обедненной смеси для операций послойного сжигания обедненной смеси. В результате бензиновые двигатели DI после 2001 года были разработаны для работы только в режиме однородного заряда.Они настроены и продаются за их высокую производительность. Среди них Toyota 2GR-FSE V6 использует комбинацию прямого впрыска в цилиндр и впрыска через порт (Ikoma et al. , 2006). Он использует два инжектора на цилиндр, традиционный инжектор порта и новую форсунку с двумя веерообразными форсунками. Прямой впрыск используется для получения дополнительной максимальной выходной мощности. Комбинация впрыска через порт и прямого впрыска используется для обеспечения плавной работы со стехиометрической смесью в условиях частичной нагрузки при отсутствии крупномасштабного движения заряда.

VW и группа Audi были самыми агрессивными в применении технологий прямого впрыска в своих бензиновых двигателях под торговой маркой FSI (хотя это означает расслоенный впрыск топлива, текущие двигатели не стратифицированы). Сейчас они возглавляют новую волну производства бензиновых двигателей DI с турбонаддувом, включая двухступенчатый бензиновый двигатель TSI 1,4 л DI с механическим нагнетателем и турбонагнетателем, который обеспечивает впечатляющую удельную мощность 90 кВт / л.Это знаменует наступление новой эры в уменьшении габаритов бензиновых двигателей, которая предполагает замену безнаддувного двигателя двигателем с меньшим рабочим объемом, но с турбонаддувом. Несколько производителей объявили о планируемом внедрении бензиновых двигателей с форсированным двигателем DI в линейку своих автомобилей следующего поколения (например, двигатель Ford Eco-Boost в Европе).

С недавно разработанной высокоточной системой впрыска второго поколения компания BMW снова стала лидером, вновь внедрив режим послойного сжигания обедненной смеси в обновленном рядном шестицилиндровом двигателе 3.0 литровый бензиновый двигатель в 2007 году (Schwarz et al. , 2006). Этот двигатель превосходит многие другие с более широким диапазоном времени работы на обедненной смеси, повышая общую эффективность. Все бензиновые двигатели для нового BMW 3-й серии в 2009 году будут оснащены самой современной системой прямого впрыска с пьезоэлектрическим приводом.

ДВИГАТЕЛЬ | Строительство автомобилей

Двигатель — это энергетическая машина, которая преобразует тепловую энергию в механическую работу. Двигатель — это сложная машина, построенная для преобразования тепла от горящего газа в силу, вращающую опорные колеса. Эти двигатели называются тепловыми. Есть много видов двигателей, таких как электродвигатели, пневматические двигатели и другие. Эта статья о конструкции двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих основных частей: Кривошипно-шатунный , Привод клапана , система охлаждения , система смазки , топливная система , система зажигания и система запуска .

Двигатель имеет два основных механизма и 5 систем двигателя:

Кривошипно-шатунный механизм — преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращение коленчатого вала ;

Привод клапана — вовремя открывает и закрывает впускной и выпускной клапан.

Пять системы главного двигателя:

Система охлаждения двигателя — охлаждение двигателя до рабочей температуры;

Масляная система двигателя — уменьшает трение между поверхностями за счет распределения масла по движущимся частям, которые трутся друг о друга;

Топливная система двигателя — отвечает за подачу топлива к двигателю;

Система зажигания двигателя — генерирует искру для воспламенения топливно-воздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием;

Система запуска двигателя — используется для запуска двигателя.

Существуют основные типа двигателя .

Типы двигателей

Автомобильный двигатель конструкция

Автомобильный двигатель это тепловая машина. Тепловые двигатели в современные автомобили — это двигатели внутреннего сгорания. Все двигатели имеют основные рабочие части и вспомогательные части.

Двигатель должен иметь прочную конструкцию, чтобы выдерживать большие нагрузки. Таким образом, он состоит из двух основных частей: двигателя , блока цилиндров и головки блока цилиндров .

основные части:

1. Блок двигателя;
2. Цилиндр;
3. Распредвал;
4. Толкатель;
5. Клапан;
6. Головка цилиндра, обычно удерживающая впускной и выпускной клапаны;
7. Рубашка охлаждения двигателя;
8. Поршень;
9. Шатун;
10. Маховик;
11. Коленвал.

Один Схема цилиндрового двигателя

Один цилиндр конструкции двигателя

Внутренний Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и систем, выполняющих различные функции.Конструкция одноцилиндрового двигателя показана на рисунке 1.

Есть поршень с поршневыми кольцами , соединенный с коленчатым валом через шатун . Поршень движется вперед и назад по времени вращения коленчатого вала. При этом вращение распредвала обеспечивает своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через
частей клапанного механизма (толкатель, коромысло клапана).

Как работает двигатель?

Как работает двигатель

Бесплатное автомобильное руководство: Двигатель внутреннего сгорания — короткий блок

История коленчатого вала и стержневых механизмов восходит к третьему веку, когда устройство использовалось на промышленных лесопильных заводах.К концу восемнадцатого века коленчатый вал и стержневой механизм превратились в двигатель внутреннего сгорания, версия которого используется в современных автомобилях. Благодаря текущим достижениям в технологии двигателей, ограничения, наложенные на двигатели внутреннего сгорания еще десять лет назад, теперь перестают существовать. Компоненты двигателя, которые когда-то использовались только в соревновательных гонках и высокоскоростных исследованиях, стали почти ненужными, поскольку теперь они обычно используются в массовом производстве автомобилей.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из четырех основных основных групп компонентов: нижний конец , , верхний конец, система смазки и компоненты сгорания (подача топлива, воздуха и искры). В этом, первый из трех частей серии , мы будем покрывать нижний конец или сборку короткого блока.

Нижний конец

Блок двигателя , , или картер, состоит из собственно блока двигателя в сборе. Обычно его выковывают из чугуна, стали или алюминия, а затем просверливают продольно (для шейки коленчатого вала) и поперечно или диагонально (для стенок цилиндров).Затем шейки коленчатого вала вырезаются из отливки, чтобы сформировать две отдельные половинки, которые будут скреплены вместе болтами, образуя серию почти идеальных кругов, в которых будет вращаться коленчатый вал.

Коленчатый вал — сердце двигателя. Он выкован из чугуна или стали полым. Полая конструкция коленчатого вала позволяет перекачивать масло в его центр и выходить из вращающихся цапф, расположенных под каждым стержнем и коренным подшипником. Он выполнен с множественным смещением.Когда он вращается в блоке, он толкает один шатун с присоединенным поршнем вверх и в соответствующий цилиндр, вытягивая другой из своего цилиндра. Когда поршень толкается вверх, он создает такт сжатия или выпуска. Когда поршень извлекается, он совершает либо впускной, либо рабочий ход. Мы рассмотрим это подробнее, когда дойдем до стадии эксплуатации, содержащейся в компонентах сгорания.

Шатуны также кованы, обычно из чугуна или стали, с отверстиями на обоих концах.Отверстие большего размера разрезано на две отдельные половины, которые будут скреплены болтами, образуя почти идеальный круг вокруг коленчатого вала. На противоположном конце шатуна точно просверливается отверстие меньшего размера. Через это отверстие будет вдавлена ​​булавка для запястья. Штифт для запястья представляет собой шарнирный штифт, который также прикрепляет поршень к шатуну. Его называют булавкой для запястья из-за необычной гибкости. Этот процесс будет повторяться для каждого шатуна. Четырехцилиндровые двигатели имеют четыре шатуна, шестицилиндровые двигатели — шесть шатунов и так далее.

Поршни плотно входят в цилиндры блока. Форма типичного автомобильного поршня напоминает перевернутую чашку для питья с плоским верхом и полым дном, в котором верх шатуна утоплен. Поршень просверлен крест-накрест с высокой точностью и запрессован штифт; через одну сторону, затем через шатун, а затем через другую сторону поршня, где он запрессовывается на место.

Хотя поршень спроектирован таким образом, чтобы плотно входить в отверстие цилиндра, последние тысячные доли дюйма закрываются с помощью компрессионных поршневых колец .Эти кольца изготовлены из стали и имеют форму полукруга. Поршни (которые обычно изготавливаются из алюминия) имеют ряд канавок, прорезанных на верхнем внешнем крае. Кольца, которые изготавливаются по очень точным спецификациям, помещаются в кольцевые канавки вместе с масляным кольцом, которое предотвращает выталкивание масла под давлением из картера. В этот момент кольца немного болтаются на поршне, и между двумя концами кольца имеется заметный зазор.Поскольку поршень с установленными кольцами вставляется в отверстие цилиндра, используется кольцевой компрессор, чтобы закрыть этот зазор. Это позволяет медленно вдвигать поршень и кольца в цилиндр, не повреждая при этом ни один из компонентов. Когда поршень и кольца выталкиваются из кольцевого компрессора и попадают в отверстие цилиндра, кольца слегка расширяются, создавая тугую пружину, подобную компрессионному / масляному уплотнению. Используется несколько колец, чтобы при правильном расположении колец небольшие зазоры в отдельных кольцах никогда не совпадали друг с другом.

Сборка этих деталей известна как «короткий блок». Автомеханики часто называют его нижним концом из-за его расположения в автомобиле.

Двигатели внутреннего сгорания | IFPEN

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля обычно включает несколько камер сгорания . Каждый из них ограничен головкой блока цилиндров, цилиндром и поршнем.

Архитектура двигателя также шарнирно закреплена вокруг системы коленчатого вала , что позволяет переводить возвратно-поступательное движение (движение поршня) во вращательное движение (вращение коленчатого вала).

Во время каждого цикла сжигание топливной смеси (топливовоздушной смеси) в камере приводит к увеличению давления газа, который приводит в движение поршень и систему коленчатого вала. Поскольку коленчатый вал соединен с компонентами механической трансмиссии (коробки передач, приводные валы и т. Д.), Его движение приводит в движение колеса автомобиля.

Коробка передач позволяет адаптировать скорость вращения колеса к скорости вращения двигателя.

Мощность двигателя зависит, прежде всего, от количества энергии, вырабатываемой при сгорании, а следовательно, от количества топливной смеси, присутствующей в камере сгорания.Таким образом, он напрямую связан с объемом камеры (единичный рабочий объем), количеством камер или цилиндров в двигателе (общий объем) и количеством впрыскиваемого топлива.

Почему «4-х тактный»?

Термин относится к тому факту, что для преобразования химической энергии, содержащейся в топливе, в механическую энергию требуется 4 отдельных хода. . Каждый ход соответствует половине оборота коленчатого вала (одно движение поршня вверх или вниз).Такты 1 и 4 предназначены для передачи газа (прием свежего газа и выбрасываемых выхлопных газов), а такты 2 и 3 необходимы для подготовки к сгоранию с последующим самим сгоранием и его преобразованием в механическую энергию.

Для двигателя с искровым зажиганием и непрямым впрыском используются следующие 4 такта:

• 1 ^st ход : Впуск (заполнение цилиндра)
  Поршень опускается и втягивает топливовоздушную смесь.
• 2 ^nd ход : Сжатие
  Поршень снова поднимается, сжимая топливовоздушную смесь. Для воспламенения смеси образуется искра.
• 3 ^ряд ход : Горение — расширение
  Этот ход соответствует развитию горения и расширению сгоревших газов: поршень сжимается, и химическая энергия преобразуется в механическую энергию.
• 4 ^{-й ход} : Выхлоп (Сгоревшие газы выходят из цилиндра)
  Поршень снова поднимается и удаляет сгоревшие газы.

Для дизельного двигателя с воспламенением от сжатия и прямым впрыском 4 такта работают одинаково, с двумя отличиями:

• Чистый воздух всасывается и сжимается во время тактов 1 и 2 , затем топливо вводится непосредственно в цилиндр (путем впрыска) в конце сжатия.
• Смесь воспламеняется самопроизвольно без искры из-за высокой температуры воздуха в результате его сжатия.

Цетановое число / октановое число

Цетановое число указывает на способность дизельного топлива самовоспламеняться.

Октановое число указывает на способность бензина противостоять самовоспламенению и предотвращать неконтролируемое возгорание из-за электрической искры (ненормальное горение, детонация).

Что такое горение?

Теоретически для полного сгорания 1 г обычного топлива (бензина или дизельного топлива) требуется около 14.6 г воздуха. Эта идеальная смесь называется стехиометрической.

Бензиновые двигатели с непрямым впрыском в основном работают на стехиометрической смеси . После подачи в двигатель однородной смеси воздуха и бензина сгорание (воспламенение смеси) инициируется искрой (искровое зажигание). Горение вызывает распространение фронта пламени, который проходит через камеру.

Современные бензиновые двигатели с прямым впрыском : воздух поступает через воздухозаборник, а топливо, как в дизельном двигателе, поступает непосредственно в камеру сгорания, что позволяет более точно управлять впрыском.Вместо топливовоздушной смеси двигатель работает на так называемом стратифицированном заряде. Горение по-прежнему инициируется искрой (искровое зажигание).

Дизельные двигатели работают с избытком воздуха . Дизель впрыскивается под давлением в предварительно сжатую воздушную массу. Возгорание инициируется самовоспламенением (воспламенение от сжатия). Сгорание называют расслоенным или неоднородным, поскольку оно происходит как в богатой топливом (расположенной рядом с соплом форсунки), так и в бедной (рядом со стенкой цилиндра) зонах.

Топливо

В Европе используются бензиновые или дизельные двигатели с искровым зажиганием. Бензин и дизельное топливо являются двумя основными конечными продуктами, получаемыми в результате переработки сырой нефти, и их состав меняется в зависимости от требований к двигателям и, что более важно, экологических норм, связанных с качеством воздуха и сокращением выбросов парниковых газов.