Погодьтеся, що сьогодні неможливо уявити собі сучасний світбез автомобілів, поїздів, теплоходів тощо. Адже так було не завжди.

Ще зовсім недавно якихось двісті років тому єдиним засобом пересування по землі, крім власних ніг, були коні. Коні возили вози, візки, карети, навіть вагони рейками.

І думка про те, що все це можна пересувати без допомоги цих нещасних тварин була з галузі фантастики. Тоді, на початку 19 століття, і почалися перші винаходи самохідних машинз урахуванням парового двигуна.

У такому двигуні нагрівався вогнем наповнений водою котел, і пара від киплячої води виконувала механічну роботу з приводу двигуна. Двигуни були жахливими, малоефективними, величезними та небезпечними. Однак, на основі цих двигунів були створені перші автомобілі, паровози та пароплави.

Винахід двигуна внутрішнього згоряння

Людям сподобалася ця витівка, незважаючи на всі мінуси. Тоді це було дивом техніки. І лише в 1860 році, коли парові двигуни застосовувалися вже повсюдно і перестали вважатися чимось незвичайним, був винайдений перший двигун внутрішнього згоряння.

Ще 18 років знадобилося, щоб винахід допрацювали до нормально працюючого варіанта, який і до цього дня є основою будь-якого двигуна внутрішнього згоряння чотиритактного двигуна.

Ще за сім років двигуни почали працювати на бензині. До того їх паливом був світильний газ. У наш час практично скрізь застосовуються двигуни внутрішнього згоряння з кратною кількістю циліндрів. Давайте розглянемо пристрій та принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння.

Пристрій та принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння

Він складається з циліндра з поршнем, клапанів для впуску палива та випуску відпрацьованих парів та колінчастого валу, з'єднаний з поршнем. Розберемо, як працює двигун внутрішнього згоряння на основі найпростішого одноциліндрового двигуна.

Під час першого тактукрізь паливний клапанвпускається горюча суміш бензину та повітря. Поршень рухається вниз.

на другому тактіпоршень рухається вгору, стискаючи цю суміш, чому вона нагрівається.

Третій такт: стисла суміш підпалюється електричною свічкою, і енергія від цього невеликого вибуху штовхає поршень вниз, приводячи в рух колінчастий вал. Енергії поштовху достатньо, щоб колінвал, обертаючись за інерцією, наводив рух поршень при наступних тактах.

І нарешті, на четвертому такті, Крізь другий клапан відпрацьовані гази виштовхуються поршнем з циліндра. Як видно, лише один із чотирьох тактів робітник.

Для рівномірного обертання валу та збільшення потужності поєднують на одному валу чотири циліндри таким чином, щоб під час кожного такту один з циліндрів був у стадії робочого ходу. У такому разі вони рівномірно та послідовно обертають колінвал. Вісім, дванадцять і більше циліндрів застосовуються виключно для збільшення

Більшість водіїв уявлення не мають, яким є пристрій двигуна автомобіля. А знати це необхідно, адже не даремно під час навчання у багатьох автошколах учням розповідають принцип роботи ДВС. Мати уявлення про роботу двигуна повинен кожен водій, адже ці знання можуть стати в нагоді в дорозі.

Звичайно, існують різні типи та марки двигунів автомобілів, робота яких відрізняється між собою в дрібницях (системи впорскування палива, розташування циліндрів тощо). Однак основний принцип для всіх типів ДВЗзалишається незмінним.

Пристрій двигуна автомобіля в теорії

Пристрій ДВС завжди доречно розглядати з прикладу роботи одного циліндра. Хоча найчастіше легкові автомобілімають 4, 6, 8 циліндрів. У будь-якому випадку, головна деталь двигуна – це циліндр. У ньому знаходиться поршень, який може рухатися вгору-вниз. При цьому існують 2 межі його пересування – верхня та нижня. Професіонали їх називають ВМТ та НМТ (верхня та нижня мертві точки).

Сам поршень з'єднаний з шатуном, а шатун - з колінчастим валом. При русі поршня вгору-вниз шатун передає навантаження на колінчастий вал, і той обертається. Навантаження від валу передаються на колеса, внаслідок чого автомобіль починає рух.

Але головне завдання – змусити працювати поршень, адже саме він є головним рушійною силоюцього складного механізму. Робиться це за допомогою бензину, дизельного палива чи газу. Крапля палива, що спалахує в камері згоряння, відкидає поршень з великою силою вниз, тим самим приводячи його в рух. Потім поршень за інерцією повертається у верхню межу, де знову відбувається вибух бензину і такий цикл повторюється постійно, доки водій не заглушить двигун.

Так виглядає пристрій двигуна автомобіля. Однак це лише теорія. Давайте розглянемо детальніше цикли роботи двигуна.

Чотирьохтактний цикл

Практично всі двигуни працюють за 4-тактним циклом:

1. Впуск палива.
2. Стиснення палива.
3. Згоряння.
4. Виведення відпрацьованих газів за межі камери згоряння.

Схема

Нижче на малюнку показано типова схемапристрої двигуна автомобіля (одного циліндра).

На цій схемі чітко показано основні елементи:

A - Розподільний вал.

B – Кришка клапанів.

C – Випускний клапан, через який відводяться гази з камери згоряння.

D – Вихлопний отвір.

E – Головка циліндра.

F - Порожнина для охолоджувальної рідини. Найчастіше там знаходиться антифриз, який охолоджує корпус мотора, що нагрівається.

G – Блок мотора.

H - Маслозбірник.

I - Піддон, куди стікає вся олія.

J – Свічка запалювання, що утворює іскру для підпалу паливної суміші.

K - Впускний клапан, через який потрапляє в камеру згоряння паливна суміш.

L - Впускний отвір.

M – Поршень, який рухається вгору-вниз.

N - Шатун, з'єднаний із поршнем. Це основний елемент, який передає зусилля на колінчастий вал і трансформує лінійний рух (вгору-вниз) у обертальний.

O – Підшипник шатуна.

P - Колінчастий вал. Він обертається за рахунок руху поршня.

Також варто виділити такий елемент, як поршневі кільця (їх ще називають олійними кільцями). Їх немає на малюнку, проте вони є важливою складовою системи двигуна автомобіля. Дані кільця обгинають поршень і створюють максимальне ущільнення між стінками циліндра та поршня. Вони запобігають попаданню палива в масляний піддон і мастила в камеру згоряння. Більшість старих двигунів автомобілів ВАЗ та навіть мотори європейських виробниківмають зношені кільця, які не створюють ефективного ущільнення між поршнем і циліндром, через що масло може потрапляти в камеру згоряння. У такій ситуації спостерігатиметься підвищена витратабензину та "жер" масла.

Це основні елементи конструкції, які мають місце у всіх двигунах внутрішнього згоряння. Насправді, елементів набагато більше, але тонкощів ми торкатися не будемо.

Як працює двигун?

Почнемо з початкового положення поршня – він знаходиться вгорі. У Наразівпускний отвір відкривається клапаном, поршень починає рух вниз і засмоктує паливну суміш у циліндр. При цьому лише невелика крапля бензину надходить у ємність циліндра. Це перший такт роботи.

Під час другого такту поршень досягає самої нижньої точкиПри цьому впускний отвір закривається, поршень починає рух вгору, внаслідок чого паливна суміш стискається, так як їй у закритій камері нікуди подітися. При досягненні поршнем максимальної верхньої точкипаливна суміш стиснута до максимуму.

Третій етап - це підпалювання стиснутої паливної суміші за допомогою свічки, яка випромінює іскру. В результаті горючий склад вибухає і штовхає поршень із великою силою вниз.

на заключному етапідеталь досягає нижньої межі та за інерцією повертається до верхньої точки. У цей час відкривається випускний клапан, відпрацьована суміш у вигляді газу виходить із камери згоряння та через вихлопну систему потрапляє на вулицю. Після цього цикл, починаючи з першого етапу, повторюється знову і продовжується протягом усього часу, поки водій не заглушить двигун.

Внаслідок вибуху бензину поршень рухається вниз і штовхає колінчастий вал. Той розкручується та передає навантаження на колеса автомобіля. Саме так і виглядає пристрій двигуна автомобіля.

Відмінність у бензинових моторах

Описаний вище спосіб є універсальним. За таким принципом побудовано роботу практично всіх бензинових моторів. Дизельні двигунивідрізняються тим, що там немає свічок - елемента, який підпалює паливо. Детонація дизельного палива здійснюється завдяки сильному стиску паливної суміші. Тобто на третьому циклі поршень піднімається вгору, сильно стискає паливну суміш, і вибухає природним чином під дією тиску.

Альтернатива ДВС

Зазначимо, що останнім часом на ринку з'являються електрокари – автомобілі з електричними двигунами. Там принцип роботи мотора зовсім інший, тому що джерелом енергії є не бензин, а електрика акумуляторних батареях. Але поки що автомобільний ринокналежить автомобілям із ДВС, а електричні двигунине можуть похвалитися високою ефективністю.

Кілька слів на закінчення

Такий пристрій ДВЗ є практично досконалим. Але з кожним роком розробляються нові технології, що підвищують ККД роботи двигуна, здійснюється поліпшення показників бензину. При правильному технічне обслуговуваннядвигуна автомобіля він може працювати десятиліттями. Деякі успішні мотори японських та німецьких концернів"пробігають" мільйон кілометрів і стають непридатними виключно через механічне старіння деталей і пар тертя. Але багато двигунів навіть після мільйонного пробігу успішно проходять капремонт та продовжують виконувати своє пряме призначення.

Для справжнього автолюбителя машина – це непросто засіб пересування, а ще й інструмент свободи. За допомогою автомобіля можна дістатися будь-якої точки міста, країни або континенту. Але наявності прав для справжнього мандрівника недостатньо. Адже досі є безліч місць, де не ловить мобільний і куди не можуть дістатися евакуатори. У разі при поломці вся відповідальність лягає на плечі автомобіліста.

Тому кожен водій повинен хоч трохи розбиратися в пристрої свого автомобіля, і почати потрібно саме з двигуна. Безумовно, сучасні автомобільні компаніївипускають безліч автомобілів з різними типамимоторів, але найчастіше виробниками у конструкціях використовуються двигуни внутрішнього згоряння. Вони мають високим ККДі при цьому забезпечують високу надійністьроботи всієї системи.

Увага! У більшості наукових статей двигуни внутрішнього згоряння скорочено називають ДВС.

Якими бувають ДВЗ

Перед тим, як приступити до детального вивчення пристрої ДВЗта їх принципу роботи, розглянемо, якими бувають двигуни внутрішнього згоряння. Відразу потрібно зробити одне важливе зауваження. За більш ніж 100 років еволюції вченими було придумано безліч різновидів конструкцій, кожна з яких має свої переваги. Тому спочатку виділимо основні критерії, за якими можна розрізнити дані механізми:

1. Залежно від способу створення горючої суміші, всі ДВС діляться на карбюраторні, газові та інжекторні пристрої. Причому це клас із зовнішнім сумішоутворенням. Якщо ж говорити про внутрішнє, то це дизелі.
2. Залежно від типу палива ДВЗможна розділити на бензинові, газові та дизельні.
3. Охолодження пристрою двигунів може бути двох типів: рідинним та повітряним.
4. Циліндри можуть розташовуватися як один навпроти одного, і у формі букви V.
5. Суміш усередині циліндрів може спалахувати за допомогою іскри. Так відбувається в карбюраторних та інжекторних ДВС або за рахунок самозаймання.

У більшості автомобільних журналів та серед професійних автоекспортів прийнято класифікувати ДВС на такі типи:

1. Бензиновий двигун. Цей пристрій працює за рахунок бензину. Запалювання відбувається примусово за допомогою іскри, що генерує свічка. За дозування паливно-повітряної сумішівідповідають карбюраторні та інжекторні системи. Запалення відбувається при стисканні.
2. Дизельні . Двигуни із пристроєм такого типу працюють за рахунок згоряння дизельного палива. Головна різниця в порівнянні з бензиновими агрегатами полягає в тому, що пальне вибухає завдяки підвищенню температури повітря. Останнє стає можливим через зростання тиску всередині циліндра.
3. Газові системифункціонують за допомогою пропан-бутану. Запалювання відбувається примусовим чином.Газ із повітрям подається в циліндр. В іншому пристрій подібного ДВЗ аналогічно бензиновому мотору.

Саме така класифікація найчастіше використовується, вказуючи на конкретні особливості системи.

Пристрій та принцип роботи

Пристрій двигуна внутрішнього згоряння

Найкраще розглянути пристрій ДВЗ на прикладі одноциліндрового двигуна. Головною деталлю у механізмі є циліндр. У ньому знаходиться поршень, що рухається вгору-вниз. При цьому є дві контрольні точкийого пересування: верхня та нижня. У професійній літературі вони називаються як ВМТ та НМТ.Розшифровка наступна: верхня та нижня мертві точки.

Увага! Поршень також з'єднується із валом. Сполучною ланкою служить шатун.

Головне завдання шатуна - це перетворення енергії, яка утворюється в результаті руху поршня вгору-вниз у обертальне. Результатом такого перетворення є рух автомобіля в потрібний напрямок. Саме за це відповідає пристрій ДВЗ. Також не варто забувати про бортову мережуробота якої стає можливою завдяки енергії, виробленій двигуном.

Маховик кріпиться до кінця валу ДВЗ. Він забезпечує стабільність обертання колінчастого валу. Впускний та випускний клапани знаходяться вгорі циліндра, який, у свою чергу, накривається спеціальною головкою.

Увага! Клапани відкривають та закривають відповідні канали в потрібний час.

Щоб клапани ДВЗ відкрилися, на них впливають кулачки розподільного валу.Відбувається це у вигляді передавальних деталей. Сам вал рухається за допомогою шестерень колінчастого валу.

Увага! Поршень вільно рухається всередині циліндра, застигаючи на мить то у верхній мертвій точці, то в нижній.

Щоб пристрій ДВС функціонував у нормальному режимі, горюча суміш повинна подаватися у чітко вивіреній пропорції. В іншому випадку спалах може не відбутися. Велику роль також грає момент, коли відбувається подача.

Олія необхідна для того, щоб запобігти передчасне зносдеталей у пристрої ДВЗ. Загалом весь пристрій двигуна внутрішнього згоряння складається з таких основних елементів:

• свічок запалювання,
• клапанів,
• поршнів,
• поршневих кілець,
• шатунів,
• колінвала,
• картера.

Взаємодія цих системних елементів дозволяє пристрою ДВЗ виробляти потрібну для пересування автомобіля енергію.

Принцип роботи

Розглянемо, як працює чотиритактний ДВЗ. Щоб зрозуміти принцип роботи, ви повинні знати значення поняття такт. Це певний проміжок часу, протягом якого всередині циліндра здійснюється необхідне роботи пристрою дію. Це може бути стиснення або займання.

Такти ДВСутворюють робочий цикл, який, своєю чергою, забезпечує роботу всієї системи. У процесі цього циклу теплова енергія перетворюється на механічну. За рахунок цього відбувається рух колінчастого валу.

Увага! Робочий цикл вважається завершеним після того, як колінчастий вал зробить один оберт. Але таке твердження працює тільки для двотактного двигуна.

Тут слід зробити одне важливе пояснення. Зараз у автомобілях переважно використовується пристрій чотиритактного двигуна. Такі системи відрізняються більшою надійністюта покращеною продуктивністю.

Для здійснення чотиритактного циклу потрібно два обороти колінчастого валу. Це чотири рухи поршня вгору-вниз. Кожен такт виконує дії точної послідовності:

• впуск,
• стиск,
• розширення,
• Випуск.

Передостанній такт називається робочим ходом.Про верхню та нижню мертві точки ви вже знаєте. Але відстань між ними означає ще один важливий параметр. А саме, обсяг ДВС. Він може коливатися середньому від 1,5 до 2,5 літра. Вимірюється показник за допомогою плюсування даних кожного циліндра.

Під час першого півобігу поршень з ВМТ переміщається НМТ. При цьому впускний клапанзалишається відкритим, своєю чергою, випускний щільно закритий. В результаті даного процесуу циліндрі утворюється розрядження.

Горюча суміш із бензину та повітря потрапляє в газопровід ДВС. Там вона поєднується з відпрацьованими газами. В результаті утворюється ідеальна для займання речовина, яка піддається стиску на другому акті.

Стиснення відбувається тоді, коли циліндр повністю заповнений робочою сумішшю. Колінчастий вал продовжує свій оберт, і поршень переміщається з нижньої мертвої точкиу верхню.

Увага! Зі зменшенням обсягу температура суміші всередині циліндра ДВЗ зростає.

На третьому такті відбувається розширення. Коли стискування підходить до свого логічного завершення, свічка генерує іскру і відбувається запалення. У дизельному двигуні все відбувається трохи інакше.

По-перше, замість свічки встановлено спеціальну форсунку, яка на третьому такті впорскує паливо в систему. По-друге, всередину циліндра закачується повітря, а чи не суміш газів.

Принцип роботи дизельного ДВЗцікавий тим, що в ньому паливо займається самостійно. Відбувається це рахунок підвищення температури повітря всередині циліндра. Такого результату вдається досягти рахунок стиснення, у результаті якого зростає тиск і підвищується температура.

Коли паливо через форсунку потрапляє всередину циліндра ДВЗ, температура всередині настільки висока, що спалах відбувається саме собою. При використанні бензину такого результату досягти не можна. Все тому що він займається при набагато більше високій температурі.

Увага! У процесі руху поршня від того, що відбулося всередині мікровибуху, деталь ДВС здійснює зворотний ривок, і колінчастий вал прокручується.

Останній такт у чотиритактному ДВС зветься впуск. Він відбувається на четвертому півоберті. Принцип його дії досить простий. Випускний клапан відкривається, і всі продукти згоряння потрапляють до нього, звідки випускний газопровід.

Перед тим як потрапити в атмосферу відпрацьовані гази з зазвичай проходять систему фільтрів. Це дозволяє мінімізувати шкоду, що завдається екології. Проте пристрій дизельних двигунів все одно набагато екологічніший, ніж бензинових.

Пристрої, що дозволяють збільшити продуктивність ДВЗ

З моменту винаходу першого ДВС системапостійно удосконалюється. Якщо згадувати перші двигуни серійних автомобілів, то вони могли розганятися максимум до 50 миль на годину. Сучасні суперкари легко долають позначку в 390 кілометрів. Таких результатів вченим вдалося досягти за рахунок інтеграції в пристрій двигуна додаткових системта деяких конструкційних змін.

Великий приріст потужності свого часу дав клапанний механізм, Впроваджений в ДВС. Ще одним щаблем еволюції стало розташування розподільчого валу зверху конструкції. Це дозволило зменшити кількість рухомих елементів та збільшити продуктивність.

Також не можна заперечувати корисність сучасної системизапалювання ДВЗ. Вона забезпечує максимально можливу стабільність роботи. Спочатку генерується заряд, який надходить на розподільник, і з нього однією зі свічок.

Увага! Звичайно ж, не можна забути про систему охолодження, що складається з радіатора та насоса. Завдяки їй вдається запобігти своєчасному перегріву пристрою ДВЗ.

Підсумки

Як бачите, пристрій двигуна внутрішнього згоряння не становить особливої ​​складності. Для того, щоб його зрозуміти не потрібно якихось спеціальних знань, досить простого бажання. Проте знання принципів роботи ДВС точно не буде зайвим для кожного водія.

На наших дорогах найчастіше можна зустріти автомобілі, що споживають бензин та дизельне паливо. Час електрокарів поки не настав. Тому розглянемо принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ). відмінною рисоюйого є перетворення енергії вибуху на механічну енергію.

Працюючи з бензиновими силовими установками розрізняють кілька способів формування паливної суміші. В одному випадку це відбувається в карбюраторі, а потім все це подається в циліндри двигуна. В іншому випадку бензин через спеціальні форсунки (інжектори) упорскується безпосередньо в колектор або камеру згоряння.

Для повного розуміння роботи ДВС необхідно знати, що є кілька типів сучасних моторів, які довели свою ефективність у роботі:

• бензинові двигуни;
• двигуни, які споживають дизельне паливо;
• газові установки;
• газодизельні пристрої;
• роторні варіанти.

Принцип роботи ДВЗ цих типів практично однаковий.

Такти ДВС

У кожному є паливо, яке вибухаючи в камері згоряння, розширюється та штовхає поршень, встановлений на колінчастому валу. Далі це обертання за допомогою додаткових механізмівта вузлів передається на колеса автомобіля.

Як приклад будемо розглядати бензиновий чотиритактний мотор, оскільки саме він є найпоширенішим варіантом силової установкиу машинах на наших дорогах.

Так ти:

1. відкривається впускний отвір та відбувається заповнення камери згоряння підготовленою паливною сумішшю
2. відбувається герметизація камери та зменшення її об'єму в такті стиснення
3. вибухає суміш і виштовхує поршень, який отримує імпульс механічної енергії
4. камера згоряння звільняється від продуктів горіння

У кожному з цих етапів роботи ДВС закладена своя, відбувається кілька одночасних процесів. У першому випадку поршень знаходиться в самій нижній позиції, при цьому відкриті всі клапани, що впускають паливо. Наступний етап починається з повного закриття всіх отворів та переміщення поршня у максимальну верхню позицію. При цьому все стискується.

Досягши знову крайньої верхньої позиції поршня, на свічку надходить напруга, і вона створює іскру, запалюючи суміш для вибуху. Сила цього вибуху штовхає поршень вниз, а в цей час відкриваються випускні отвори та камера очищається від залишків газу. Потім усе повторюється.

Робота карбюратора

Формування паливної суміші у машинах першої половини минулого століття відбувалося за допомогою карбюратора. Щоб зрозуміти, як працює двигун внутрішнього згоряння, потрібно знати, що автомобільні інженери сконструювали паливну систему так, що в камеру згоряння подавали вже підготовлену суміш.

Пристрій карбюратора

Її формуванням займався карбюратор. Він у потрібних співвідношеннях перемішував бензин та повітря і відправляв це все до циліндрів.Така відносна простота конструкції системи дозволяла йому довгий час залишатися незамінною частиною. бензинових агрегатів. Але пізніше його недоліки стали переважати над достоїнствами і не забезпечувати підвищених вимог до автомобілів в цілому.

Недоліки карбюраторних систем:

• немає можливості забезпечувати економні режимипри раптові змінирежимів їзди;
• перевищення лімітів шкідливих речовинв вихлопних газах;
• низька потужність автомобілів через невідповідність підготовленої суміші стану автомобіля.

Компенсувати ці недоліки спробували прямою подачею бензину через інжектори.

Робота інжекторних двигунів

Принцип роботи інжекторного двигуна полягає в безпосередньому упорскуванні бензину. впускний колекторабо камеру згоряння. Візуально все схоже з роботою дизельної установкиколи подача виконується дозовано і тільки в циліндр.Різниця лише в тому, що інжекторні агрегати мають свічки для підпалювання.

Конструкція інжектора

Етапи роботи бензинових двигунів з прямим упорскуванням не відрізняються від карбюраторного варіанту. Різниця лише у місці формування суміші.

За рахунок цього варіанту конструкції забезпечуються переваги таких двигунів:

• збільшення потужності до 10% при подібних технічні характеристикиз карбюраторним;
• помітна економія бензину;
• поліпшення екологічних показників викидів.

Але за таких переваг є і недоліки.Основними є обслуговування, ремонтопридатність та налаштування. На відміну від карбюраторів, які можна самостійно розібрати, зібрати та відрегулювати, інжектори вимагають спеціального дорогого обладнання та встановленого великого числа різних датчиків в автомобілі.

Способи упорскування палива

У ході еволюції подачі палива у двигун відбувалося постійне зближення цього процесу з камерою згоряння. У найбільш сучасних ДВСсталося злиття точки подачі бензину та місця згоряння. Тепер суміш формується не в карбюраторі чи впускному колекторі, а впорскується в камеру напряму.Розглянемо всі варіанти інжекторних пристроїв.

Одноточковий варіант упорскування

Найбільш простий варіант конструкції виглядає як упорскування палива через одну форсунку у впускний колектор. Різниця з карбюратором у тому, що останній подає готову суміш. В інжекторному варіанті відбувається подача палива через форсунку.Вигода полягає у отриманні економії при витраті.

Моноточковий варіант подачі палива

Такий спосіб також формує суміш поза камерою, але тут задіяні датчики, які забезпечують подачу безпосередньо до кожного циліндра через колектор впускний. Це економічніший варіант використання палива.

Пряме впорскування в камеру

Цей варіант поки що найбільш ефективно використовує можливості інжекторної конструкції. Паливо безпосередньо розпорошується в камері. За рахунок цього знижується рівень шкідливих вихлопів, і автомобіль отримує, крім більшої економії бензину, збільшену потужність.

Збільшений ступінь надійності системи знижує негативний фактор, Що стосується обслуговування. Але такі пристрої потребують якісного палива.

Двигун автомобіля може виглядати як велика заплутана суміш металевих частин, трубок і проводів для непосвячених. Водночас двигун – це "серце" майже будь-якого автомобіля – 95% усіх машин працюють на двигуні внутрішнього згоряння.

У цій статті ми обговоримо роботу двигуна внутрішнього згоряння: його загальний принцип, вивчимо конкретні елементи та фази роботи двигуна, дізнаємося, як саме потенційне паливо перетворюється на обертальну силу, і постараємося відповісти на наступні питання: як працює двигун внутрішнього згоряння, які бувають двигуни та їх типи та що означають ті чи інші параметри та характеристики двигуна? І, як завжди, все це просто і доступно, як двічі по два.

Головна мета бензинового двигунаавтомобіля полягає в перетворенні бензину в рух, щоб Ваш автомобіль міг рухатися. В даний час найпростіший спосіб створити рух від бензину - це просто спалити його всередині двигуна. Таким чином, автомобільний двигун є двигуном внутрішнього згоряння - тобто. згоряння бензину відбувається усередині нього.

Існують різні видидвигунів внутрішнього згоряння. Дизельні двигуни є однією з форм, а газотурбінні – зовсім іншою. Кожен з них має свої переваги та недоліки.

Ну, як Ви помітите, якщо існує двигун внутрішнього згоряння, то має існувати і двигун зовнішнього згоряння. Паровий двигуну старомодних поїздах і пароплавах якраз і є найкращим прикладомдвигуна зовнішнього згоряння Паливо (вугілля, дерево, олія, будь-яке інше) в паровий машинігорить поза двигуном для створення пари, і пара створює рух усередині двигуна. Зрозуміло, двигун внутрішнього згоряння є набагато ефективнішим (як мінімум споживає набагато менше паливана кілометр шляху автомобіля), ніж зовнішнього згоряння, крім того, двигун внутрішнього згоряння набагато менший за розмірами, ніж еквівалентний за потужністю двигун зовнішнього згоряння. Це пояснює, чому ми не бачимо жодного автомобіля, схожого на паровоз.

А тепер давайте подивимося докладніше, як працює двигун внутрішнього згоряння.

Давайте розглянемо принцип, що лежить у будь-якому поворотно-поступальному русі двигуна внутрішнього згоряння: якщо Ви помістите невелику кількість високоенергійного палива (наприклад, бензину) у невеликий закритий простір і запалите його (це паливо), то виділиться неймовірна кількість енергії у вигляді газу, що розширюється. Ви можете використовувати цю енергію, наприклад, для руху картоплини. У цьому випадку енергія перетворюється на рух цієї картоплини. Наприклад, якщо Ви в трубу, у якої один кінець щільно закритий, а інший - відкритий, наллєте трохи бензину, а потім засунете картоплину і підпалите бензин, то його вибух спровокує приведення в рух цієї картоплини за рахунок видавлювання її бензином, що вибухає, таким чином, картоплина підлітить високо в небо, якщо ви направите трубу вгору. Це ми стисло описали принцип дії старовинної гармати. Але Ви також можете використовувати таку енергію бензину з більш цікавою метою. Наприклад, якщо Ви можете створити цикл вибухів бензину в сотні разів на хвилину, і якщо Ви зможете використовувати цю енергію з корисною метою, то знайте, що у Вас вже є ядро ​​для двигуна автомобіля!

Майже всі автомобілі зараз використовують те, що називається чотиритактним циклом згоряннядля перетворення бензину на рух. Чотирьохтактний цикл також відомий як цикл Отто - на честь Миколи Отто, який винайшов його в 1867 році. Отже, ось вони, ці 4 такти роботи двигуна:

1. Такт впуску палива
2. Такт стиснення палива
3. Такт згоряння палива
4. Такт випуску відпрацьованих газів

Начебто вже все зрозуміло з цього, чи не так? Ви можете подивитися нижче на малюнку, що елемент, який називається поршень, замінює картоплю в описаній нами раніше картопляній гарматі. Поршень з'єднаний з колінчастим валом за допомогою шатуна. Тільки не лякайтеся нових термінів - їх, насправді, не так багато в принципі роботи двигуна!

На малюнку літерами позначені такі елементи двигуна:

A - Розподільний вал
B - Кришка клапанів
C - Випускний клапан
D - Вихлопний отвір
E - Головка циліндра
F - Порожнина для охолоджувальної рідини
G - Блок двигуна
H - Маслозбірник
I - Піддон двигуна
J - Свічка запалювання
K - Впускний клапан
L - Впускний отвір
M - Поршень
N - Шатун
O - Підшипник шатуна
P - Колінчастий вал

Ось що відбувається, коли двигун проходить свій повний чотиритактний цикл:

1. Початкове положення поршня - в самому верху, в цей момент відкривається впускний клапан, і поршень рухається вниз, таким чином засмоктуючи в циліндр приготовлену суміш бензину і повітря. Це такт впускання. Лише крихітна крапля бензину повинна змішатися з повітрям, щоб усе це працювало.
2. Коли поршень досягає своєї нижньої точки, то впускний клапан закривається, а поршень починає переміщатися назад вгору (бензин виявляється в "західні"), стискаючи цю суміш з палива та повітря. Стиснення згодом зробить вибух потужнішим.
3. Коли поршень досягає верхньої точки свого ходу, свічка запалювання випромінює іскру, породжену напругою понад десяток тисяч Вольт, щоб запалити бензин. Відбувається детонація, і бензин у циліндрі вибухає, з неймовірною силою штовхаючи поршень униз.
4. Після того, як поршень знову досягає дна свого ходу, настає черга відкриватися випускному клапану. Потім поршень рухається вгору (це відбувається вже за інерцією) і суміш бензину і повітря, що відпрацювала, виходить через вихлопний отвір з циліндра, щоб відправитися в свою подорож до вихлопної трубиі далі у верхні шари атмосфери.

Тепер, коли клапан знову в самому верху, двигун готовий до наступного циклу, так що він всмоктує наступну порцію суміші повітря та бензину, щоб ще сильніше розкрутити колінчастий вал, який, власне, і передає своє кручення далі через трансмісію до коліс. Тепер подивіться нижче, як двигун працює у всіх своїх чотирьох тактах.

Більше наочно роботу двигуна внутрішнього згоряння Ви можете побачити на двох анімаціях нижче:

Як працює двигун - анімація

Зверніть увагу, що рух, який створюється роботою двигуна внутрішнього згоряння, є обертанням, у той час як рух, який створюється "картопляною гарматою", є лінійним (прямим). У двигуні лінійний рух поршнів перетворюється на обертальний рух колінчастого валу. Обертальний рух нам потрібний, тому що ми плануємо повернути наші колеса автомобіля.

Тепер давайте подивимося на всі частини, які працюють разом у дружній команді, щоб це сталося, починаючи з циліндрів!

Ядром двигуна є циліндр з поршнем, який рухається вгору та вниз усередині циліндра. Двигун, описаний вище, має циліндр. Здавалося б, що ще потрібно для автомобіля? А ось і ні, автомобілю для комфортної їзди на ньому потрібні щонайменше ще 3 таких циліндри з поршнями та всіма необхідними цій парочці атрибутами (клапанами, шатунами і так далі), а ось один циліндр підійде хіба що для більшості газонокосарок. Подивіться - нижче на анімації Ви побачите роботу 4-циліндрового двигуна:

Типи двигунів

Автомобілі найчастіше мають чотири, шість, вісім і навіть десять, дванадцять і шістнадцять циліндрів (останні три варіанти встановлюють, в основному на спортивні автомобіліта боліди). У багатоциліндровому двигуні всі циліндри, як правило, розташовані одним із трьох способів:

• Рядний
• V-подібний
• Опозитний

Ось вони - всі три типи розташування циліндрів у двигуні:

Рядне розташування 4-х циліндрів

Опозитне розташування 4-х циліндрів

V-подібне розташування 6 циліндрів

Різні зміни мають різні переваги та недоліки з погляду вібрації, вартості виробництва та характеристик форми. Ці переваги та недоліки роблять їх більш підходящими для використання деяких конкретних транспортних засобів. Так, 4-циліндрові двигуни рідко має сенс робити V-подібними, таким чином, вони зазвичай рядні; а 8-циліндрові двигуни роблять частіше з V-подібним розташуванням циліндрів.

Тепер давайте наочно подивимося, як працює система упорскування палива, олія та інші вузли в двигуні:

Давайте розглянемо деякі ключові деталі двигуна докладніше:

А тепер увага! На основі всього прочитаного подивимося на повний циклроботи двигуна з усіма його елементами:

Повний цикл роботи двигуна

Чому двигун не працює?

Допустимо, Ви виходите вранці до машини і починаєте її заводити, але вона не заводиться. Що може бути негаразд? Тепер, коли Ви знаєте, як двигун працює, можна зрозуміти основні речі, які можуть перешкодити двигуну завестися. Три фундаментальні речі можуть статися:

• Погана паливна суміш
• Відсутність стиску
• Відсутність іскри

Так, є ще тисячі незначних речей, які можуть створити проблеми, але вказана велика трійкає найчастіше наслідком або причиною однієї з них. На основі простого уявлення про роботу двигуна ми можемо скласти короткий список того, як ці проблеми впливають на двигун.

Погана паливна суміш може бути наслідком однієї з причин:

• У Вас просто закінчився в баку бензин, і двигун намагається завестися від повітря.
• Повітрозабірник може бути забитий, тому в двигун надходить паливо, але йому не вистачає повітря, щоб здетонувати.
• Паливна системаможе постачати занадто багато або занадто мало палива суміш, а це означає, що горіння не відбувається належним чином.
• У паливі можуть бути домішки (а для російської якостібензину це особливо актуально), які заважають паливу повноцінно горіти.

Відсутність стиснення - якщо заряд повітря та палива не можуть бути стиснуті належним чином, процес згоряння не працюватиме як слід. Відсутність стиснення може відбуватися з таких причин:

• Поршневі кільця зношені (дозволяючи повітрю та паливу текти повз поршня при стисканні)
• Впускні або випускні клапанине герметизуються належним чином, знову відкриваючи текти під час стиснення
• З'явився отвір у циліндрі.

Відсутність іскри може бути з низки причин:

• Якщо свічки запалення або дріт, що йде до них, зношені, іскра буде слабкою.
• Якщо провід пошкодився або просто відсутня або якщо система, яка надсилає іскру по дроту, не працює належним чином.
• Якщо іскра відбувається або занадто рано або занадто пізно в циклі, паливо не буде запалене в потрібний час, і це може спричинити всілякі проблеми.

І ось ще ряд причин, з яких двигун може не працювати, і тут ми торкнемося деякі деталі за межами двигуна:

• Якщо акумулятор мертвий, Ви не зможете прокрутити двигун, щоб запустити його.
• Якщо підшипники, які дозволяють колінчастому валу вільно обертатися, зношені, колінчастий вал не зможе провернутися, тому двигун не зможе працювати.
• Якщо клапани не відкриваються і не закриваються в потрібний час або не працюють взагалі, повітря не зможе увійти, а вихлопи - вийти, тому двигун знову-таки не зможе працювати.
• Якщо хтось із хуліганських спонукань засунув картоплю у вихлопну трубу, випускні гази не зможуть вийти з циліндра, і двигун знову не працюватиме.
• Якщо в двигуні недостатньо масла, то поршень не зможе рухатися вгору і вниз вільно в циліндрі, що утруднить або унеможливить нормальну роботу двигуна.

У правильно працюючому двигуні всі ці фактори перебувають у межах допуску. Як Ви можете бачити, двигун має низку систем, які допомагають йому зробити свою роботу перетворення палива в рух бездоганною. Ми розглянемо різні підсистеми, які у двигунах, у наступних розділах.

Більшість підсистем двигуна може бути реалізована з використанням різних технологій, та найкращі технологіїможуть значно підвищити продуктивність двигуна. Ось чому розвиток автомобілебудування триває найвищими темпами, адже конкуренція серед автоконцернів досить велика, щоб вкладати великі гроші в кожну додатково вичавлену кінську силуз двигуна при тому самому обсязі. Давайте подивимося на різні підсистеми, що використовуються у сучасних двигунах, починаючи з роботи клапанів у двигуні.

Як працюють клапани?

Система клапанів складається з, власне, клапанів та механізму, який відкриває та закриває їх. Система відкриття та закриття їх називається розподільчим валом . Розподільний вал має спеціальні деталіна своїй осі, які рухають клапани вгору та вниз, як показано на малюнку нижче.

Більшість сучасних двигунів мають те, що називають накладними кулачками. Це означає, що вал розташований над клапанами, як ви бачите на малюнку. Старі двигуни використовують розподільний вал, розташований у картері біля колінчастого валу. Розподільний вал, крутячись, рухає кулачок виступом вниз таким чином, щоб він продавлював клапан вниз, створюючи зазор для проходу палива або випуску газів, що відпрацювали. Ремінь ГРМ або ланцюговий привіднаводиться в рух колінчастим валом і передає кручення від нього до розподільного валу так, що клапани знаходяться в синхронізації з поршнями. Розподільний вал завжди крутиться в один-два рази повільніше за колінчастий вал. Багато високопродуктивних двигунів мають чотири клапани на циліндр (два для прийому палива всередину і два для витяжки відпрацьованої суміші).

Як працює система запалювання?

Система запалювання заряджає високої напругита передає його до свічок запалювання за допомогою проводів запалювання. Заряд спочатку проходить до котушки запалювання (такого собі дистриб'ютора, який розподіляє подачу іскри по циліндрах у певний час), яку Ви можете легко знайти під капотом більшості автомобілів. Котушка запалювання має один провід, що йде в центрі і чотири, шість, вісім проводів або більше, залежно від кількості циліндрів, які виходять з нього. Ці дроти запалювання відправляють заряд до кожної свічки запалювання. Двигун отримує таку іскру за часом таким чином, що тільки один циліндр отримує іскру від розподільника в один момент. Такий підхід забезпечує максимальну гладкість роботи двигуна.

Як працює охолодження?

Система охолодження у більшості автомобілів складається з радіатора та водяного насоса. Вода циркулює через проходи (канали) навколо циліндрів, а потім проходить через радіатор, щоб її максимально охолодив. Однак, існують такі моделі автомобілів (в першу чергу Volkswagen Beetle (Жук)), а також більшість мотоциклів та газонокосарок, які мають двигун з повітряним охолодженням. Ви мабуть, бачив такі двигуни з повітряним охолодженням, збоку яких розташовані такі собі плавці - ребриста поверхня, що прикрашають зовні кожен циліндр, щоб допомогти розсіяти тепло.

Повітряне охолодження робить двигун легшим, але гарячим, і, як правило, зменшується термін служби двигуна і загальна продуктивність. Отже, тепер Ви знаєте, як і чому Ваш двигун залишається не перегрітим.

Як працює пускова система?

Підвищення продуктивності Вашого двигуна є великою справою, але важливіше те, що саме відбувається, коли Ви повертаєте ключ, щоб запустити його! Пускова системаскладається із стартера з електродвигуном. Коли Ви повертаєте ключ запалювання, стартер крутить двигун на кілька обертів, щоб процес горіння почав свою роботу, і зупинити його зміг тільки поворот ключа зворотний бікколи перестає подаватися іскра в циліндри, і двигун, таким чином, глухне.

Стартер має потужний електродвигун, який обертає холодний двигунвнутрішнього згоряння. Стартер - це завжди досить потужний і, отже, двигун, що "їсть" ресурси акумулятора, адже повинен подолати:

• Все внутрішнє тертя, спричинене поршневими кільцямиі погіршується холодною непрогрітою олією.
• Тиск стиснення будь-якого циліндра (циліндрів), що відбувається у процесі такту стиснення.
• Опір, що чиниться відкриттям та закриттям клапанів розподільчим валом.
• Всі інші процеси безпосередньо пов'язані з двигуном, в тому числі опір водяного насоса, масляного насоса, генератора і т.д.

Ми бачимо, що стартеру потрібно дуже багато енергії. Автомобіль найчастіше використовує 12-вольтову електричну систему, і сотні амперів електрики повинні надходити в стартер.

Як працює впорскування та мастильна система?

Коли справа доходить щоденного обслуговуванняавтомобіля, Ваша перша турбота, ймовірно, полягає у перевірці кількості бензину у Вашому автомобілі. А як бензин потрапляє з паливного бакау циліндри? Паливна система двигуна висмоктує бензин із бака за допомогою паливного насоса, який знаходиться в баку, і змішує його з повітрям так, щоб належна суміш повітря та палива могла протікати у циліндри. Паливо поставляється в одному з трьох поширених способів: карбюратор, упорскування палива та система безпосереднього впорскування палива.

Карбюратори на сьогоднішній день сильно застаріли і їх не поміщають у нові моделі автомобілів. В інжекторному двигуні потрібна кількістьпалива впорскується індивідуально в кожен циліндр або прямо в впускний клапан (упорскування палива) або безпосередньо в циліндр ( безпосереднє упорскуванняпалива).

Олія також грає важливу роль. Ідеально і правильно змащена система гарантує, що кожна рухлива частина двигуна отримує масло так, що вона може легко переміщатися. Дві головні частини, що потребують олії - це поршень (а, точніше, його кільця) та будь-які підшипники, які дозволяють таким елементам, як колінчастий та інші вали, вільно обертатися. У більшості автомобілів олія всмоктується з масляного піддону. масляним насосом, проходить через масляний фільтр для видалення частинок бруду, а потім бризкається під високим тиском на підшипники та стінки циліндра. Потім олію стікає у відстійник, де знову збирається, і цикл повторюється.

Система випуску відпрацьованих газів

Тепер, коли ми знаємо про низку речей, які ми поклали (налили) у свій автомобіль, давайте подивимося на інші речі, які виходять із нього. Система випуску включає вихлопну трубу і глушник. Без глушника Ви почули б звук тисяч маленьких вибухів зі своєї вихлопної труби. Глушник гасить звук. Вихлопна система також включає в себе каталітичний нейтралізатор, який використовує каталізатор та кисень, щоб спалити все невикористане паливо та деякі інші хімічні речовини у вихлопних газах. Таким чином, Ваш автомобіль відповідає певним євростандартам за рівнем забруднення повітря.

Що ще є, крім усього перерахованого вище в автомобілі? Електрична системаскладається з акумулятора та генератора. Генератор підключений до двигуна ременем і виробляє електроенергію для заряджання акумулятора. Акумулятор видає 12-вольтовий заряд електричної енергії, доступною до всього в машині, що потребує електроенергії (системі запалювання, магнітолі,