Строение двигателя автомобиля для начинающих

KarpOff-270 › Блог › Устройство двигателя автомобиля

Для того, чтобы понять принцип работы двигателя, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении.

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя. При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.

Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.

Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.

Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Принцип работы и устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.

В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:

• 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;
  • инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
• Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. Особенности их устройства заключаются в преображении тепловой энергии в механическую работу с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

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

Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.

Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.
Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой. Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.

Принцип работы двигателя

Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:

1. Впуск топлива;
2. Сжатие топлива;
3. Сгорание;
4. Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.

Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.

Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч зажигания – элемента, который поджигает топливо. Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. При такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600О С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Системы двигателя

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
2. Система смазки;
3. Система охлаждения;
4. Система подачи топлива;
5. Выхлопная система.

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 в действие 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.

Система смазки

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.

Система охлаждения

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.

Система подачи топлива

Система питания 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, 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.

Выхлопная система

Система выхлопа 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.

Строение двигателя автомобиля для начинающих

Общее устройство автомобиля. Рабочий цикл четырехтактного бензинового и дизельного двигателя. Основные механизмы и системы двигателя внутреннего сгорания, их назначение.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

Кривошипно-шатунный механизм. Назначение, общее устройство. Детали кривошипно-шатунного механизма, неисправности, факторы, влияющие на долговечность работы деталей КШМ.

Газораспределительный механизм (ГРМ)

Газораспределительный механизм. Назначение, устройство, принцип работы. Детали газораспределительного механизма, фазы газораспределения, неисправности, факторы, влияющие на долговечность работы деталей ГРМ.

Система охлаждения

Система охлаждения двигателя. Назначение, устройство, принцип работы. Основные неисправности, способы их устранения. Охлаждающие жидкости.

Система смазки двигателя

Система смазки двигателя, способы смазывания деталей двигателя. Назначение, устройство, принцип работы, детали системы смазки. Система вентиляции картера. Основные неисправности, способы их устранения.

Топливо-воздушная смесь и ее сгорание

Топливо и топливо-воздушная смесь. Свойства бензинов и дизельного топлива. Состав топливо-воздушной смеси и её сгорание.

Система питания. Общее устройство

Общее устройство системы питания. Назначение, принцип работы, детали. Устройство и принцип работы простейшего карбюратора.

Система питания. Карбюратор

Карбюратор. Принцип действия и устройство систем карбюратора. Основные неисправности и их устранение. Регулировка карбюратора.

Система питания. Инжектор

Инжектор. Принцип действия и устройство приборов инжектора. Виды систем впрыска топлива, основные неисправности.

Система питания дизеля

Система питания дизеля. Принцип действия, назначение и устройство приборов системы питания. Современные системы впрыска топлива, основные неисправности.

Система питания от газобаллонной установки

Система питания двигателя от газобаллонной установки. Принцип действия, назначение и устройство приборов системы питания. Основные неисправности. Техника безопасности при работе с газом.

Система зажигания

Система зажигания. Назначение, устройство, принцип работы. Детали системы контактного зажигания. Бесконтактная система зажигания. Система зажигания на современных инжекторных двигателях. Основные неисправности системы зажигания, регулировка.

Трансмиссия. Сцепление

Трансмиссия автомобиля, сцепление. Назначение, принцип действия, устройство сцепления. Основные неисправности сцепления.

Коробка передач. Общее устройство

Коробка передач. Немного теории, передаточные отношения, внешняя скоростная характеристика двигателя. Назначение, принцип действия, работа классической коробки передач. Синхронизатор, механизм переключения передач, раздаточная коробка. Основные неисправности коробки передач и раздаточной коробки.

Коробка передач. Автомат

Автоматическая коробка передач. Гидротрансформатор. Планетарная передача. Принцип действия, работа коробки автомат, механизм переключения передач. Основные неисправности коробки автомат и способы правильного вождения.

Коробка передач. Вариатор

Вариатор. Принцип действия, работа вариатора, механизм изменения передаточного отношения. Основные неисправности вариатора и способы правильного вождения.

Коробка передач. Главная передача. Дифференциал

Карданная и главная передачи. Назначение, принцип действия, детали карданной и главной передачи. Дифференциал. Шарниры равных и неравных угловых скоростей. Основные неисправности, способы правильной эксплуатации.

Электрооборудование. Источники и потребители тока

Электрооборудование автомобиля. Источники и потребители электрического тока. Электрические схемы. Предохранители и реле. Аккумулятор, устройство и принцип действия. Генератор, устройство и работа. Основные неисправности, способы их устранения.

Электрооборудование. Стартер

Стартер. Назначение, устройство, принцип действия и работа стартера. Основные неисправности стартера.

Несущие элементы. Рама. Кузов. Подвеска

Ходовая часть автомобиля. Несущие элементы, рама, кузов, подвеска. Устройство и назначение основных деталей подвески. Амортизатор, принцип действия. Основные неисправности деталей подвески.

Колеса и шины

Колеса и шины. Назначение, устройство автомобильного колеса, маркировка шин. Углы установки колес.

Рулевое управление

Рулевое управление автомобиля. Назначение, принцип действия рулевого управления. Рулевой механизм и рулевой привод, их детали, устройство. Гидроусилитель и электроусилитель руля. Основные неисправности рулевого управления.

Тормозная система

Тормозная система автомобиля. Назначение, основные схемы рабочей, запасной, стояночной тормозной системы. Принцип действия. Вакуумный усилитель. Регулятор тормозных сил. Антиблокировочная система. Основные неисправности тормозной системы. Тормозные жидкости.

Масла и смазки

Автомобильные масла и смазки. Назначение, свойства, маркировка моторных, трансмиссионных масел и смазок. Периодичность замены. Смазывающее действие.

Элементы теории автомобиля. Силы действующие на автомобиль

Элементы теории автомобиля. Силы, действующие на автомобиль. Факторы, влияющие на значение сил сопротивления движению. Методы уменьшения расхода топлива при разных режимах вождения. Методы повышения безопасности вождения.

Устройство автомобиля для сдающих экзамены в ГИБДД и начинающих водителей
Георгий Бранихин, 2010

Несмотря на то что в автошколах немало внимания уделяется вопросам технического устройства автомобиля, полученных знаний хватает далеко не всем новичкам. Данная книга призвана восполнить этот пробел. Она поможет вам в короткие сроки разобраться в том, что представляет собой современный автомобиль, из каких узлов и агрегатов он состоит, почему при наличии определенных неисправностей машину нельзя эксплуатировать и т. д. Легкий и доступный стиль изложения и большое количество цветных иллюстраций способствуют быстрому усвоению предлагаемого материала даже теми, кто до настоящего момента никогда не имел дела с автомобилем. Книга рекомендована журналом «Автомир» и интернет-порталом www.avtotut.ru.

Оглавление

• Введение
• 1. Общее устройство автомобиля
• 2. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Устройство автомобиля для сдающих экзамены в ГИБДД и начинающих водителей предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

2. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Общее устройство и работа ДВС

Почти на всех современных автомобилях в качестве силовой установки применяется двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (рис. 2.1).

Существуют еще электромобили, но их мы рассматривать не будем.

Рис. 2.1. Внешний вид двигателя внутреннего сгорания

В основе работы каждого ДВС лежит движение поршня в цилиндре под действием давления газов, которые образуются при сгорании топливной смеси, именуемой в дальнейшем рабочей.

При этом горит не само топливо. Горят только его пары, смешанные с воздухом, которые и являются рабочей смесью для ДВС. Если поджечь эту смесь, она мгновенно сгорает, многократно увеличиваясь в объеме. А если поместить смесь в замкнутый объем, а одну стенку сделать подвижной, то на эту стенку будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать стенку.

В ДВС из каждых 10 литров топлива только около 2 литров используется на полезную работу, остальные 8 литров сгорают впустую. То есть КПД ДВС составляет всего 20 %.

ДВС, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипношатунного и газораспределительного, а также из следующих систем:

♦ выпуска отработавших газов;

Основные детали ДВС:

♦ головка блока цилиндров;

♦ распределительный вал с кулачками;

Большинство современных автомобилей малого и среднего класса оснащены четырехцилиндровыми двигателями. Существуют моторы и большего объема — с восьмью и даже двенадцатью цилиндрами (рис. 2.2). Чем больше объем двигателя, тем он мощнее и тем выше потребление топлива.

Рис. 2.2. Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки:

а — четырехцилиндровые; б — шестицилиндровые; в — двенадцатицилиндровые (α — угол развала)

Принцип работы ДВС проще всего рассматривать на примере одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра с внутренней зеркальной поверхностью, к которому прикручена съемная головка. В цилиндре находится поршень цилиндрической формы — стакан, состоящий из головки и юбки (рис. 2.3). На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Они обеспечивают герметичность пространства над поршнем, не давая возможности газам, образующимся при работе двигателя, проникать под поршень. Кроме того, поршневые кольца не допускают попадания масла в пространство над поршнем (масло предназначено для смазки внутренней поверхности цилиндра). Иными словами, эти кольца играют роль уплотнителей и делятся на два вида: компрессионные (те, которые не пропускают газы) и маслосъемные (препятствующие попаданию масла в камеру сгорания) (рис. 2.4).

Рис. 2.3. Поршень

Смесь бензина с воздухом, приготовленная карбюратором или инжектором, попадает в цилиндр, где сжимается поршнем и поджигается искрой от свечи зажигания. Сгорая и расширяясь, она заставляет поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия превращается в механическую.

Рис. 2.4. Поршень с шатуном:

1 — шатун в сборе; 2 — крышка шатуна; 3 — вкладыш шатуна; 4 — гайка болта; 5 — болт крышки шатуна; 6 — шатун; 7 — втулка шатуна; 8 — стопорные кольца; 9 — палец поршня; 10 — поршень; 11 — маслосъемное кольцо; 12, 13 — компрессионные кольца

Далее следует преобразование хода поршня во вращение вала. Для этого поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя (рис. 2.5).

В результате перемещения поршня в цилиндре сверху вниз и обратно через шатун происходит вращение коленчатого вала.

Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется самое верхнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вверх и готов начать движение вниз) (см. рис. 2.3). Самое нижнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вниз и готов начать движение вверх) называют нижней мертвой точкой (НМТ) (см. рис. 2.3). А расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня.

Рис. 2.5. Коленчатый вал с маховиком:

1 — коленчатый вал; 2 — вкладыш шатунного подшипника; 3 — упорные полукольца; 4 — маховик; 5 — шайба болтов крепления маховика; 6 — вкладыши первого, второго, четвертого и пятого коренных подшипников; 7 — вкладыш центрального (третьего) подшипника

Когда поршень перемещается сверху вниз (от ВМТ до НМТ), объем над ним изменяется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ — это камера сгорания.

А объем над цилиндром, когда он находится в НМТ, называют рабочим объемом цилиндра.

В свою очередь, рабочий объем всех цилиндров двигателя в сумме, выраженный в литрах, называется рабочим объемом двигателя. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания в момент нахождения поршня в НМТ.

Важной характеристикой ДВС является его степень сжатия, которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр топливо-воздушная смесь при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6–14, у дизельных — 14–24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, а также существенно влияет на токсичность отработавших газов.

Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (используется чаще). При этом 1 л. с. равна примерно 0,735 кВт.

Как мы уже говорили, работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре топливо-воздушной смеси.

В бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания (рис. 2.6), в дизельных — от сжатия.

Рис. 2.6. Свеча зажигания

При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно: в момент сгорания горючей смеси резко ускоряется, а все остальное время замедляется.

Для повышения равномерности вращения на коленчатом валу, выходящем наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск — маховик (см. рис. 2.5). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются.

А сейчас поговорим немного подробнее о работе одноцилиндрового двигателя.

Повторим, первое действие — попадание внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливо-воздушной смеси, которую приготовил карбюратор или инжектор. Этот процесс называется тактом впуска (первый такт). Заполнение цилиндра двигателя топливо-воздушной смесью происходит, когда поршень из верхнего положения движется в нижнее. При этом к цилиндру двигателя подведены два канала: впускной и выпускной. Горючая смесь впускается через первый канал, а продукты ее сгорания выходят через второй. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: клапан — это подобие гвоздя с большой круглой шляпкой, перевернутый шляпкой вниз, которой закрывается вход из канала в цилиндр.

При этом шляпка прижимается к кромке канала мощной пружиной и закупоривает его.

Если нажать на клапан (тот самый гвоздь), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала откроется (рис. 2.7).

Во время этого такта поршень перемещается из ВМТ в НМТ. При этом впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью до тех пор, пока поршень не окажется в НМТ, то есть его дальнейшее движение вниз станет невозможным. Из ранее сказанного мы с вами уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а следовательно, вращение коленчатого вала и наоборот. Так вот, за первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) коленвал проворачивается на пол-оборота.

После того как топливо-воздушная смесь, приготовленная карбюратором или инжектором, попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан, она становится рабочей.

Теперь наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и деваться ей стало некуда: впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. В этот момент поршень начинает движение снизу вверх (от НМТ к ВМТ) и пытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра (см. рис. 2.7). Однако, как говорится, стереть в порошок эту смесь ему не удастся, поскольку преступить черту ВМТ поршень не может, а внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, находящимся в ВМТ, всегда оставалось пусть не очень большое, но свободное пространство — камера сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8–1,2 МПа, а температура достигает 450–500 °C.

Устройство автомобиля

Основные узлы устройства автомобиля

Несмотря на огромное число моделей и брендов, при детальном рассмотрении оказывается, все легковые транспортные средства устроены одинаково.

Основные части любого автомобиля:

1. Двигатель (мотор). Устройство трансформирует тепловую энергию в механическую, что необходимо для передачи крутящего момента к колесам. Другими словами, благодаря ему машина едет;
2. Трансмиссия (силовая передача). Отвечает за тот самый крутящий момент, который стимулируется источником энергии от мотора. В данный узел входят следующие агрегаты: коробка передач, сцепление, карданная передача, ведущий мост;
3. Ходовая часть (в простонародье – «ходовка»). Механическая основа движения автомобиля. Конструкция включает переднюю и заднюю подвески, колеса, ведущие мосты;
4. Системы управления. Собственно говоря, это рулевая система (чтобы ехать) и тормозная (чтобы останавливаться);
5. Электрооборудование. Сюда входят аккумулятор, проводка, генератор. Словом – источники и потребители тока.

Все перечисленные элементы крепятся к несущей конструкции – кузову автомобиля. Последний состоит из днища, передних и задних лонжеронов (силовые детали каркаса, делающие его прочным и устойчивым), моторного отсека, крыши и навесных элементов (двери, капот, крышка багажника, бампер, крылья).

Данный перечень — лишь «верхушка айсберга», но ее вполне достаточно, чтобы начать понимать базовый принцип устройства автомобиля.

Если вы ищете учебник или пособие, в котором легко и доступно, «для чайников», расписано устройство автомобиля, рекомендуем обратить внимание на книгу Бескаравайного М.И. «Устройство автомобиля просто и понятно для всех». Пособие легко скачать в Интернете из любой онлайн-библиотеки.

Краткий обзор важных систем и агрегатов устройства авто

Итак, согласно схеме общего устройства машины, она работает следующим образом.

Благодаря кузову все узлы устройства собраны вместе. Системы работают синхронно и слаженно. За запуск двигателя отвечает аккумулятор. Последний выдает искру, из-за которой воспламеняется бензин в камере сгорания. Детонация запускает движение поршней в моторе. Двигатель, с помощью трансмиссии (если максимально просто, это сила, которая крутит колеса) передает энергию на колеса. За плавность и исправность хода отвечает ходовка. Машина едет или останавливается. Эти процессы контролируются педалями «газ» и «тормоз». В автомобилях с механической коробкой передач есть еще педаль «сцепление» (об этом чуть ниже). Чтобы работали все лампочки и датчики, а также исправно функционировал бортовой компьютер, генератор вырабатывает ток.

Водитель, сидя за рулем в комфортабельном салоне, не видит и не ощущает всю сложность технического устройства автомобиля. Он лишь поворачивает ключ в замке, переключает рычаг коробки, давит педали, крутит руль, да жмет кнопочки на панели. Ну, и контролирует уровень топлива в баке. Сказка, да и только!

Однако, все же, если он хочет понимать устройство автомобиля, хотя бы на уровне «для начинающих», должен разбираться еще в некоторых механизмах.

• Важным элементом схемы и устройства автомобиля является движок (или мотор). Они бывают внутреннего сгорания (на бензине или газе) и электрические. Первые подразделяются еще на десяток подвидов, но мы туда углубляться не станем.

• Не менее значимой частью управления считается тормозная система. Она бывает стояночная (чтобы фиксировать авто на неровной поверхности) и рабочая (предназначена для временной или полной остановки, а также для снижения скорости движения);

• Коробка передач. Речь идет о знакомых каждому водителю терминах «механика» или «автомат», если грамотно – МКПП и АКПП. Еще бывает роботизированная коробка (некий микс первых двух), но она не получила широкого распространения. Автоматом управлять проще, поскольку он сам контролирует скорость и нагрузку на машину, в такой машине нет педали сцепления. В случае же с механикой, водитель, с помощью последнего, самостоятельно переключает скорости, следя за нагрузкой на авто.

Что такое сцепление? Как работает данный элемент устройства? Вы когда-нибудь задумывались, почему, когда мы заводим тачку, она сразу не едет. Почему при заведенном двигателе она стоит на месте, пока мы не переключим скорость и не нажмем на педаль газа (тормоза и сцепления, потом газа при МКПП)? Сейчас попробуем объяснить:

1. Силовой агрегат (движок) авто оснащен маховиком и коленвалом. На самом деле, там внутри сложная система шестеренок, валов и зубьев, но чтобы углубиться в детали этой конструкции, нужно обладать хотя бы минимальным запасом специальных знаний. А потому, мы стараемся объяснять проще.
2. Со стороны маховика к мотору прикреплена коробка передач со сцеплением.
3. Завод автомобиля происходит на «нейтралке» (нейтральная передача), при которой зубья коленчатого вала выведены из зацепления. Другими словами, вал коробки вращается вхолостую, крутящая сила, пока, не передается на колеса.
4. Чтобы начать двигаться, нужно выжать сцепление. Оно спровоцирует плавное сочленение шестеренок маховика с трансмиссией. Далее, следует включить первую скорость. Начнется движение всего механизма, можно жать педаль газа. В автомобилях с АКПП весь этот процесс выполняется автоматически, без участия водителя.

Ну что же, мы разобрали базовые элементы конструкции и устройства современного автомобиля, постарались объяснить все максимально доступно и просто. Теперь вы понимаете, каким образом тачка едет, почему работает двигатель, за что отвечает тот или иной агрегат.

Мало кто поспорит, управлять современной машиной, да еще с АКПП – одно удовольствие. Но это – только если соблюдать рекомендации по уходу, относиться к авто бережно, вовремя проходить ТО и реагировать на малейшие неисправности.

Электрооборудование и системы помощи водителю

Многое в машине контролируется электрикой. Она довольно сложная, но значительно облегчает процесс вождения и делает пребывание в салоне максимально комфортным. Именно она запускает двигатель, поддерживая его в рабочем состоянии. Блок управления, аккумулятор, генератор, распределитель, искрообразующие свечи, — всё это отдельные части автомобиля, без которых невозможно представить его нормальное функционирование.

Второстепенными элементами автоэлектрики являются источники освещения: фонари, габаритные огни, поворотники, подсветка салона и т. д. Сюда же относится звуковой сигнал, всевозможные датчики и регуляторы.

К электрооборудованию можно причислять и системы, призванные улучшать курсовую устойчивость и управляемость автомобиля.

Тормозная система

Позволяет замедлять движение машины, вплоть до её полной остановки. Незаменима система во время экстренных ситуаций, а также когда автомобиль надо удерживать от самопроизвольного движения вниз. Автомобильные тормоза включают несколько подсистем: ручную, запасную, вспомогательную, антиблокировочную. Их совокупность называется тормозным управлением.

Задача основной тормозной системы — регулировать скорость движения машины, останавливать транспортное средство в случае необходимости. Состоит она из привода и исполнительных механизмов (барабан, диск). На современных легковых авто чаще используется гидропривод, реже — электрический, пневмо или комбинированный варианты. В некоторых случаях для повышения давления жидкости и эффективности торможения применяются вакуумный усилитель и регулятор.

При отказе или неисправности главного тормоза (разгерметизация одного из контуров и понижение уровня жидкости до критического) задействуется резервная тормозная система. Работает она как самостоятельный узел или вкупе с ручником.

Ручной или стояночный тормоз, оснащённый механическим приводом, предназначен для:

• удержания машины на спусках;
• аварийного торможения в чрезвычайных случаях.

Коэффициенты эффективности замедления автомобиля, движущегося со скоростью 80 км/ч при усилии на педаль до 50 кг основной системы и подсистем:

• главный тормоз — не меньше 5,8 м/с2;
• аварийный и ручной — 2,75 м/с2.

Принцип функционирования тормозов прост. После нажатия на педаль тормозное усилие передаётся на колёсные механизмы. Последние прижимают к дискам колодки, тем самым останавливая вращение.

Устройство шасси автомобиля

Шасси автомобиля состоит из множества механизмов, передающих крутящийся момент от двигателя к колесам, передвигающих автомобиль и управляющих им: трансмиссии, механизма управления автомобилем и ходовой части.

Сцепление автомобиля

Сцепление служит для того, чтобы передавать крутящий момент двигателя к коробке передач и плавно соединять или разъединять двигатель с механизмами трансмиссии. От педали сцепления идет трос, приводящий в действие механизм сцепления. Сцепление служит для предохранения деталей двигателя и трансмиссии от перегрузки и повреждения при резком включении передачи или торможении.

Принцип работы и устройство ДВС автомобиля

Владельцы легковых авто условно делятся на 2 категории. Первые только эксплуатируют транспортное средство и в случае неисправности обращаются к мастерам автосервиса. Вторые стараются экономить, обслуживая машину самостоятельно по мере сил. Чтобы успешно справляться с возникающими проблемами, таким водителям стоит знать устройство двигателя автомобиля, расположение основных элементов и принцип действия силового агрегата.

Конструкция моторов внутреннего сгорания

«Сердце» любого авто состоит из двух частей – блока цилиндров и головки (ГБЦ). Первый представляет собой литой корпус из чугуна либо алюминия с каналами для смазки и охлаждающей жидкости. По оси блока сделаны отверстия большого диаметра – цилиндры (4 или 6 шт.) со стальными гильзами, внутри которых движутся поршни.

Устройство ДВС нельзя назвать слишком сложным. Если досконально разобраться в расположении и роли основных деталей, многое становится понятно. Блок цилиндров служит базой для крепления следующих элементов:

• снизу на подшипниках скольжения прикручен коленчатый вал, сообщающийся с трансмиссией (коробкой передач);
• на идентичных подшипниках к коленвалу крепятся шатуны – их число равняется количеству цилиндров;
• на концах шатунов посредством пальцев закреплены поршни с тремя кольцами каждый, первое – маслосъемное, оставшиеся два – компрессионные;
• на одном конце коленчатого вала установлен зубчатый маховик для вращения стартером, на втором – шкив, приводящий в движение газораспределительный механизм и прочие агрегаты;
• снизу к отдельному фланцу прикручен масляный насос, подающий моторную смазку в каналы двигателя;
• нижняя часть блока закрыта поддоном картера, где содержится основной запас масла;
• со стороны шкива в корпус вмонтирована помпа – насос, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости.

Примечание. Для простоты здесь рассматривается бензиновый силовой агрегат с рядным расположением цилиндров. О двигателях других типов речь пойдет ниже.

Сверху к блоку прикручена алюминиевая головка цилиндров, уплотнением данного соединения служит специальная прокладка. На нижней плоскости детали выполнены углубления – камеры сгорания – с отверстиями для клапанов и свечей зажигания. Строение ГБЦ двигателя включает такие элементы:

• кулачковый распределительный вал, крутящийся на подшипниках скольжения, стоит на верхней части головки;
• в отверстиях камер сгорания установлены впускные и выпускные клапаны тарельчатого типа, удерживаемые пружинами;
• между кулачками распредвала и штоками клапанов предусмотрены компенсаторы, автоматически регулирующие тепловые зазоры;
• на конце распределительного вала закреплен шкив, сообщающийся с главной шестерней коленвала посредством ременной либо цепной передачи;
• сверху газораспределительный механизм закрыт клапанной крышкой, оснащенной горловиной для заливки масла.

К газораспределительному механизму относятся клапаны, гидрокомпенсаторы и распредвал с цепной (ременной) передачей.

Как работает ДВС?

Принцип работы двигателя автомобиля – циклический, каждый цикл состоит из 4 тактов (отсюда второе название силовых агрегатов – четырехтактные):

1. Впуск – поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней, втягивая горючую смесь. Последняя подается через открытый впускной клапан.
2. Сжатие. Оба клапана закрыты, поршень прошел нижнюю точку и двигается вверх, сдавливая топливовоздушную смесь.
3. Рабочий ход. После воспламенения сжатой смеси искрой от свечи выделяются расширяющиеся газы. Поршень, прошедший ВМТ, под давлением газов снова уходит вниз – совершается полезная работа.
4. Выпуск. Открывается выхлопной клапан и поршень выталкивает отработанные газы из цилиндра и камеры сгорания.

Как нетрудно догадаться, рабочим телом в двигателе служит раскаленная смесь газов, выделяющаяся при сжигании топлива. Она передает энергию горения поршням, шатунам и коленчатому валу, проделывая механическую работу. Причем во всех цилиндрах протекают разные циклы: в одном – сжатие, в другом – выхлоп, в третьем – рабочий ход, в четвертом – всасывание.

По сути, движение автомобиля обеспечивает только один цилиндр, в котором происходит цикл рабочего хода. Затем эстафета передается следующему цилиндру – поршни вращают коленчатый вал поочередно. Чтобы понять роль основных деталей мотора, предлагается подробнее разобрать алгоритм работы ДВС:

1. На цикле всасывания коленвал посредством ремня (цепи) поворачивает распределительный вал в такое положение, чтобы кулачок нажал и открыл впускной клапан соответствующего цилиндра.
2. В этот момент форсунка инжектора либо карбюратор подает в камеру готовую топливную смесь. Одновременно в соседних цилиндрах клапаны открываются либо открыт только выпускной – в зависимости от происходящего цикла.
3. Дальнейшее вращение распредвала закрывает клапан и происходит сжатие горючего в замкнутом пространстве.
4. При максимальном сжатии (поршень находится в ВМТ) система зажигания посылает импульс на электроды свечи. Искра поджигает смесь и начинается рабочий ход, клапаны остаются закрытыми.
5. Когда полезная работа совершена, другой кулачок распределительного вала открывает второй (выпускной) клапан. Через него отработанные газы, выталкиваемые поршнем, уходят в выхлопную трубу.

От коленчатого вала в двигателе автомобиля постоянно вращается шестеренчатый привод масляного насоса, чья главная задача – создавать давление в каналах и бесперебойно смазывать все подшипники скольжения (вкладыши). Циркуляцию жидкости в системе охлаждения обеспечивает помпа, вращаемая ремнем привода ГРМ либо генератора.

Разновидности двигателей

По типу применяемого топлива моторы делятся на бензиновые и дизельные. Принцип и порядок работы силовых агрегатов одинаков, отличаются лишь условия сжигания:

• поршень дизеля сжимает только воздух, солярка подается в камеру непосредственно перед воспламенением;
• вспышка смеси происходит в результате сжатия, внешний источник в виде свечи зажигания отсутствует;
• в цилиндрах бензинового двигателя горючее сжимается в 8–12 раз, дизеля – в 18–25 раз.

Справка. Бензиновые силовые агрегаты способны сжигать природные горючие газы – пропан и метан. Переход на указанные виды топлива производится с помощью дополнительного оборудования, детали и механизмы двигателя не затрагиваются.

Сдавливание горючей смеси достигается за счет уменьшения объема камеры сгорания – в дизельных моторах она практически отсутствует. Благодаря повышенной степени сжатия силовые агрегаты на солярке развивают больший крутящий момент по сравнению с бензиновыми «собратьями». Отсюда лучшие показатели КПД и расхода топлива на 100 км.

Помимо однорядных конструкций двигателей существуют и двухрядные, где группы цилиндров расположены в виде латинской буквы V – под углом относительно друг друга. V-образный двигатель автомобиля устроен несколько иначе: коленчатый вал вращает не один, а минимум 2 распредвала, установленных в отдельных ГБЦ. Подобные моторы развивают более высокую мощность за счет увеличения количества поршней (минимум 6 шт.) и настроек фаз газораспределения.

В стандартном силовом агрегате на 4 цилиндра ставится 8 клапанов – по два в каждой камере сгорания. Чтобы улучшить наполняемость горючей смесью и выброс отработавших газов, был изобретен 16-клапанный двигатель – по 4 в каждом цилиндре. Соответственно, даже рядный мотор оснащается двумя распределительными валами, отвечающими за работу своей группы клапанов. На V-образный двигатель, имеющий 2 раздельные 16-клапанные головки цилиндров, ставится 4 распредвала.