Припустимо, син запитає вас: «Папа, а який самий-самий дивовижний мотор на світлі»? Що ви йому відповісте? 1000-сильний агрегат від Bugatti Veyron? Або новий турбодвигун AMG? Або мотор Volkswagen з подвійним наддувом?

Останнім часом з'явилося чимало крутих винаходів, і всі ці наддувом-уприскування здаються дивними ... якщо не знати. Бо найдивовижніший мотор, про який я знаю, був зроблений в Радянському Союзі і, як ви здогадалися, не для «Лади», а для танка Т-64. Він називався 5ТДФ, і ось кілька дивовижних фактів.

Він був пятицилиндровим, що само по собі незвично. У нього було 10 поршнів, десять шатунів і два колінчастих валу. Поршні рухалися в циліндрах в протилежних напрямках: спочатку назустріч один одному, потім назад, знову назустріч і так далі. Відбір потужності осуществяется з обох колінчастих валів, щоб було зручно для танка.

Двигун працював по двотактному циклу, і поршні грали роль золотників, які відкривали впускні і випускні вікна: тобто ніяких клапанів і распредвалов у нього не було. Конструкція була геніальною і ефективною - двотактний цикл забезпечував максимальну літрову потужність, а прямоточная продування - висока якість наповнення циліндрів.

До всього іншого 5ТДФ був дизелем з безпосереднім уприскуванням, де паливо подавалося в простір між поршнями незадовго до моменту, коли вони досягали максимального зближення. Причому, уприскування здійснювався чотирма форсунками по хитрій траєкторії, щоб забезпечити миттєве смесеобразование.

Але і цього мало. Двигун мав турбокомпресор з родзинкою - величезних розмірів турбіна і компресор розміщувалися на валу і мали механічну зв'язок з одним з колінчастих валів. Геніально - на режимі розгону компресор підкручувати від колінчастого вала, що виключало турбояму, а коли потік вихлопних газів як слід розкручував турбіну, потужність від неї передавалася на колінчастий вал, підвищуючи економічність двигуна (така турбіна називається силовою).

До всього іншого мотор був багатопаливним, тобто міг працювати на дизпаливі, гасі, авіаційному паливі, бензині або будь-якої їх суміші.

Плюс до цього ще півсотні незвичайних рішень, на кшталт складових поршнів зі вставками з жароміцної стали і системи змащення із сухим картером, як у гоночних автомобілів.

Всі хитрощі переслідували дві мети: зробити мотор максимально компактним, економічним і потужним. Для танка важливі всі три параметри: перший полегшує компоновку, другий покращує автономність, третій - маневреність.

І результат вийшов вражаючим: при робочому обсязі 13,6 літра в самій форсованої версії мотор розвивав більше 1000 к.с. Для дизеля 60-х років це був чудовий результат. За питомою літровій і габаритної потужностям мотор перевершував аналоги інших армій в кілька разів. Я бачив його наживо, і компоновка дійсно вражає уяву - прізвисько «Чемодан» йому дуже йде. Я б навіть сказав «щільно набитий чемодан».

Він не прижився через надмірну складність і дорожнечу. На тлі 5ТДФ будь-який автомобільний мотор - навіть від Bugatti Veyron - здається якимось до не можна банальним. І чим чорт не жартує, техніка може зробити виток і знову повернутися до рішень, колись використаним на 5ТДФ: двотактному дизельному циклу, силовим турбін, многофорсуночному упорскуванню.

Почалося ж масове повернення до турбомотор, які у свій час вважалися занадто складними для неспортивних машин ...

Винахід може бути використано в двигунобудування. Двигун внутрішнього згоряння включає в себе, щонайменше, один модуль циліндра. Модуль містить вал, який має перший кулачок з декількома робочими виступами, аксіально встановлений на валу, другий сусідній кулачок з декількома робочими виступами і диференціальну зубчасту передачу до першого кулачку з декількома робочими виступами для обертання навколо осі у зворотному напрямку навколо вала. Циліндри кожної пари розташовані діаметрально протилежно по відношенню до валу з кулачками. Поршні в парі циліндрів жорстко взаємопов'язані. Кулачки з декількома робочими виступами містять 3 + n робочих виступів, де n є нулем або цілим парним числом. Зворотно-поступальний рух поршнів в циліндрах повідомляє обертальний рух валу через зв'язок між поршнями і поверхнями кулачків з декількома робочими виступами. Технічний результат полягає в поліпшенні крутного моменту і характеристик управління циклом двигуна. 13 з.п. ф-ли, 8 мул.

Винахід відноситься до двигунів внутрішнього згоряння. Зокрема, винахід відноситься до двигунів внутрішнього згоряння з поліпшеним управлінням різними циклами в процесі експлуатації двигуна. Винахід також відноситься до двигунів внутрішнього згоряння з більш високими характеристиками крутного моменту. Двигуни внутрішнього згоряння, які використовуються в автомобілях, як правило, є двигунами зворотно-поступального типу, в яких поршень, що коливається в циліндрі, призводить в рух колінчастий вал через шатун. Є численні недоліки в традиційній конструкції поршневого двигуна з кривошипно-шатунним механізмом, недоліки в основному пов'язані зі зворотно-поступальним рухом поршня і шатуна. Були розроблені численні конструкції двигуна з метою подолання обмежень і недоліків традиційних двигунів внутрішнього згоряння з кривошипно-шатунним механізмом. Дані розробки включають в себе роторні двигуни, такі як двигун Ванкеля, і двигуни, в яких кулачок або кулачки використовуються замість, по крайней мере, колінчастого вала і в деяких випадках також шатуна. Двигуни внутрішнього згоряння, в яких кулачок або кулачки замінюють колінчастий вал, описані, наприклад, в заявці N 17897/76 на австралійський патент. Однак в той час як досягнення в двигуні даного типу дали можливість подолати деякі недоліки традиційних поршневих двигунів з кривошипно-шатунним механізмом, двигуни, що використовують кулачок або кулачки замість колінчастого вала, не експлуатуються в повному масштабі. Відомі також випадки використання двигунів внутрішнього згоряння, що мають протилежно рухаються взаємопов'язані поршні. Опис такого пристрою наводиться в заявці N 36206/84 на австралійський патент. Однак ні в цьому розкритті предмета винаходу, ні в подібних документах немає пропозиції про можливості використання концепції протилежно рухомих взаємозалежних поршнів спільно з чимось іншим, ніж колінчастим валом. Завдання винаходу полягає в створенні двигуна внутрішнього згоряння кулачкового роторного типу, який може мати покращений крутний момент і більш високі характеристики управління циклами двигуна. Завданням винаходу є також створення двигуна внутрішнього згоряння, який дає можливість подолати, щонайменше деякі недоліки існуючих двигунів внутрішнього згоряння. У широкому сенсі винахід пропонує двигун внутрішнього згоряння, що включає в себе, щонайменше, один модуль циліндра, вказаний модуль циліндра містить: - вал, який має перший кулачок з декількома робочими виступами, аксіально встановлений на валу, і другий сусідній кулачок з декількома робочими виступами і диференціальної зубчастої передачею до першого кулачку з декількома робочими виступами для обертання навколо осі у зворотному напрямку навколо вала; - щонайменше, одну пару циліндрів, циліндри кожної пари розташовані діаметрально протилежно по відношенню до валу з кулачками з декількома робочими виступами, які вставлені між ними; - поршень в кожному циліндрі, поршні в парі циліндрів жорстко взаємопов'язані; в якому кулачки з декількома робочими виступами містять 3 + n робочих виступів, де n є нулем або цілим парним числом; і в якому зворотно-поступальний рух поршнів в циліндрах повідомляє обертальний рух валу через зв'язок між поршнями і поверхнями кулачків з декількома робочими виступами. Двигун може містити від 2 до 6 модулів циліндра і по дві пари циліндрів на кожен модуль циліндра. Пари циліндрів можуть бути розташовані під кутом 90 o один до одного. Переважно кожен кулачок має три робочих виступу, і кожен виступ є асиметричним. Жорстка взаємозв'язок поршнів включає в себе чотири шатуна, що проходять між парою поршнів з шатунами, що знаходяться на однаковій відстані одна від одної по периферії поршня, причому для шатунів передбачені напрямні втулки. Диференціальна левередж може бути встановлена \u200b\u200bвсередині двигуна спільно з кулачками, що обертаються в зворотному напрямку, або з зовнішнього боку двигуна. Двигун може бути двотактним двигуном. Крім того, зв'язок між поршнями і поверхнями кулачків з декількома робочими виступами здійснюється через роликові підшипники, які можуть мати загальну вісь, або їх осі можуть бути зміщені по відношенню один до одного і осі поршня. З вищесказаного випливає, що колінчастий вал і шатуни традиційного двигуна внутрішнього згоряння замінені лінійним валом і кулачками з декількома робочими виступами в двигуні відповідно до винаходом. Використання кулачка замість пристрою шатуна / колінчастого вала забезпечує можливість більш ефективного контролю за позиціонуванням поршня в процесі роботи двигуна. Наприклад, період перебування поршня у верхній мертвій точці (TDC) може бути продовжений. Далі з докладного опису винаходу слід, що незважаючи на наявність двох циліндрів, щонайменше, в одній парі циліндрів, в дійсності створено пристрій циліндр-поршень подвійної дії за допомогою протилежно розташованих циліндрів з взаємопов'язаними поршнями. Жорстка взаємозв'язок поршнів також усуває перекошуватися кручення і зводить до мінімуму контакт між стінкою циліндра і поршнем, таким чином, зменшуючи тертя. Використання двох кулачків, що обертаються в протилежному напрямку, дає можливість досягти більш високого крутного моменту, ніж при використанні традиційних двигунів внутрішнього згоряння. Це пояснюється тим, що як тільки поршень починає робочий такт, він має максимальне механічне перевага по відношенню до робочого виступу кулачка. Звернемося тепер до більш конкретних деталей двигунів внутрішнього згоряння за цим винаходом, такі двигуни, як зазначено вище, включають в себе, щонайменше, один модуль циліндра. Двигун з одним модулем циліндра є краще, хоча двигуни можуть мати від двох до шести модулів. У двигунах з декількома модулями одиночний вал проходить через всі модулі або як єдиний елемент, або як взаємопов'язані частини валу. Аналогічно, блоки циліндра двигунів з декількома модулями можуть бути виконані як одне ціле один з одним або окремо. Модуль циліндра зазвичай має одну пару циліндрів. Однак двигуни відповідно до винаходом можуть також мати дві пари циліндрів на один модуль. У модулях циліндрів, що мають дві пари циліндрів, пари, як правило, розташовані під кутом 90 o один до одного. Що стосується кулачків з декількома робочими виступами в двигунах відповідно до винаходом, то перевага віддається кулачку з трьома робочими виступами. Це забезпечує можливість шести циклів запалювання на один оборот кулачка в двотактному двигуні. Однак двигуни можуть також мати кулачки з п'ятьма, сім'ю, дев'ятьма або великою кількістю робочих виступів. Робочий виступ кулачка може бути асиметричним для регулювання швидкості поршня на певній стадії циклу, наприклад, для збільшення тривалості перебування поршня у верхній мертвій точці (TDC) або в нижній мертвій точці (BDC). За оцінкою фахівців в даній області техніки збільшення тривалості перебування у верхній мертвій точці (TDC) покращує згорання, в той час як збільшення тривалості перебування в нижній мертвій точці (BDC) сприяє поліпшенню продувки. Регулювання швидкості поршня за допомогою робочого профілю дає можливість регулювати також прискорення поршня і додаток крутного моменту. Зокрема, це дає можливість отримати більш значний крутний момент відразу ж після верхньої мертвої точки, ніж в традиційному поршневому двигуні з кривошипно-шатунним механізмом. Інші конструктивні особливості, що забезпечуються змінною швидкістю поршня, включають в себе регулювання швидкості відкривання отвору в порівнянні зі швидкістю закриття і регулюванням швидкості стиснення по відношенню до швидкості згоряння. Перший кулачок з декількома робочими виступами може встановлюватися на вал будь-яким способом, відомим в даній області техніки. Альтернативно, вал і перший кулачок з декількома робочими виступами можуть виготовлятися як єдиний елемент. Диференціальна левередж, яка забезпечує можливість обертання в зворотному напрямку першого і другого кулачків з декількома робочими виступами, також синхронізує обертання кулачків в зворотному напрямку. Спосіб диференціальної зубчастої передачі кулачків може бути будь-яким способом, відомим в даній області техніки. Наприклад, конічні зубчасті колеса можуть встановлюватися на протилежних поверхнях першого і другого кулачків з декількома робочими виступами з, щонайменше, одним зубчастим колесом між ними. Переважно, встановлюються два діаметрально протилежних зубчастих колеса. Підтримуючий елемент, в якому вільно обертається вал, передбачений для підтримують зубчастих коліс, що дає певні переваги. Жорстка взаємозв'язок поршнів, як правило, включає в себе щонайменше два шатуна, які встановлюються між ними і кріпляться до нижньої поверхні поршнів, суміжних з периферією. Переважно використовуються чотири шатуна, розташовані на однаковій відстані одна від одної по периферії поршня. У модулі циліндра передбачені напрямні втулки для шатунів, взаємопов'язувати поршні. Направляючі втулки зазвичай мають конфігурацію, яка забезпечує можливість бічного руху шатунів при розширенні і стисненні поршня. Зіткнення між поршнями і поверхнями кулачків сприяє зменшенню вібрації і втрат в результаті тертя. З нижнього боку поршня є роликовий підшипник для дотику з кожною поверхнею кулачка. Слід зазначити, що взаємозв'язок поршнів, що включають в себе пару протилежно рухомих поршнів, забезпечує можливість регулювання зазору між площею контакту поршня (будь то роликовий підшипник, каретка або тощо) і поверхнею кулачка. Більш того, такий спосіб контакту не вимагає канавок або того подібного в бічних поверхнях кулачків з метою отримання традиційного шатуна, як у випадку з деякими двигунами аналогічної конструкції. Дана характеристика двигунів аналогічної конструкції при перевищенні швидкості призводить до зносу і надмірного шуму, дані недоліки в значній мірі усуваються в цьому винаході. Двигуни, відповідно до винаходу, можуть бути двотактними або четирехтактнимі. У першому випадку, суміш палива зазвичай подається з наддувом. Однак будь-який вид подачі палива і повітря можуть використовуватися спільно в чотиритактному двигуні. Модулі циліндрів відповідно до винаходом можуть також служити повітряними або газовими компресорами. Інші аспекти двигунів відповідно до винаходу відповідають тому, що зазвичай відомо в даній області техніки. Однак слід зазначити, що потрібно тільки подача масла під дуже низьким тиском на диференціальну зубчасту передачу кулачків з декількома робочими виступами, зменшуючи таким чином, втрати потужності за допомогою масляного насоса. Більш того, інші елементи двигуна, включаючи поршні, можуть отримувати масло шляхом розбризкування. В цьому відношенні слід відзначити, що розбризкування масла на поршні за допомогою відцентрової сили служить також для охолодження поршнів. Переваги двигунів відповідно до винаходом включають в себе наступне: - двигун має компактну конструкцію з невеликою кількістю рухомих деталей; - двигуни можуть працювати в будь-якому напрямку при застосуванні кулачків з декількома симетричними робочими виступами; - двигуни є більш легкими, ніж традиційні поршневі двигуни з кривошипно-шатунним механізмом; - двигуни легше виготовляються і збираються, ніж традиційні двигуни;
- більш тривала перерва в роботі поршня, який стає можливим завдяки конструкції двигуна, забезпечує можливість використання більш низькою, ніж звичайна, ступеня стиснення;
- усунені деталі зі зворотно-поступальним рухом, такі як шатуни вала поршня-кривошипа. Іншими перевагами двигунів відповідно до винаходом завдяки застосуванню кулачків з декількома робочими виступами є наступні: кулачки можуть більш легко виготовлятися, ніж колінчаті вали; кулачки не вимагають додаткових противаг; і кулачки подвоюють дію як маховик, таким чином, забезпечуючи більшу кількість руху. Розглянувши винахід в широкому сенсі, наведемо тепер конкретні приклади здійснення винаходу з посиланням на додані креслення, коротко описані нижче. Фіг. 1. Поперечний перетин двотактного двигуна, що включає в себе один модуль циліндра з поперечним перерізом по осі циліндрів і поперечним перерізом по відношенню до валу двигуна. Фіг. 2. Частина поперечного перерізу по лінії A-A фіг. 1. Фіг. 3. Частина поперечного перерізу по лінії B-B фіг. 1, що показує деталь нижньої частини поршня. Фіг. 4. Графік, що показує положення конкретної точки на поршні при перетині одного асиметричного робочого виступу кулачка. Фіг. 5. Частина поперечного перерізу іншого двотактного двигуна, що включає в себе один модуль циліндра з поперечним перерізом в площині центрального вала двигуна. Фіг. 6. Вид з торця одного з блоків шестерень двигуна, показаного на фіг. 5. Фіг. 7. Схематичний вид частини двигуна, що складає поршень в зіткненні з кулачками з трьома робочими виступами, які обертаються в зворотному напрямку. Фіг. 8. Деталь поршня, що має підшипники, дотичні зі зміщеним кулачком. Однакові позиції на фігурах пронумеровані однаково. На фіг. 1 показаний двотактний двигун 1, що включає в себе один модуль циліндра, який має одну пару циліндрів, що складається з циліндрів 2 і 3. Циліндри 2 і 3 мають поршні 4 і 5, які взаємопов'язані чотирма шатунами, два з яких видно в позиціях 6a і 6b . Двигун 1 також включає в себе центральний вал 7, з яким пов'язані кулачки з трьома робочими виступами. Кулачок 9 фактично збігається з кулачком 8, як показано на фігурі, з огляду на те, що поршні знаходяться у верхній мертвій точці або в нижній мертвій точці. Поршні 4 і 5 стикаються з кулачками 8 і 9 через роликові підшипники, положення яких, в загальному, вказується в позиціях 10 і 11. Інші конструктивні особливості двигуна 1 включають в себе водяну сорочку 12, свічки запалювання 13 і 14, маслоотстойнік 15, датчик 16 масляного насоса і врівноважують вали 17 і 18. Розташування впускних отворів вказано позиціями 19 і 20, яке також відповідає положенню вихлопних отворів. На фіг. 2 більш детально показані кулачки 8 і 9 разом з валом 7 і диференціальної зубчастої передачею, які будуть коротко описані. Поперечний переріз, показане на фіг. 2, повернуто на 90 o по відношенню до фіг. 1 і робочі виступи кулачка знаходяться в трохи іншому положенні в порівнянні з положеннями, показаними на фіг. 1. Диференціальна або синхронізуюча левередж включає в себе конічний зубчасте колесо 21 на першому кулачку 8, конічне зубчасте колесо 22 на другому кулачку 9 і провідні шестерні 23 і 24. Провідні шестерні 23 і 24 підтримуються зубчастої опорою 25, яка прикріплена до корпусу 26 вала . Корпус 26 вала, переважно, є частиною модуля циліндра. На фіг. 2 показаний також маховик 27, шків 28 і підшипники 29-35. Перший кулачок 8 в основному виготовлений за одне ціле з валом 7. Другий кулачок 9 може обертатися в протилежному напрямку по відношенню до кулачку 8, але регулюється за часом до обертання кулачка 8 диференціальної зубчастої передачею. На фіг. 3 показана нижня сторона поршня 5, показаного на фіг. 1 для того, щоб представити деталь роликових підшипників. На фіг. 3 показаний поршень 5 і вал 36, що проходить між бобишками 37 і 38. Роликові підшипники 39 і 40 встановлені на валу 36, які відповідають роликовим підшипників, як зазначено цифрами 10 і 11 на фіг. 1. взаємоз'єднання шатуни можуть бути видні в поперечному перерізі на фіг. 3, один з них вказаний позицією 6а. Показані муфти, через які проходять взаємоз'єднання шатуни, одна з яких вказана цифрою 41. Незважаючи на те, що фіг. 3 виконана в більшому масштабі, ніж фіг. 2, з неї випливає, що роликові підшипники 39 і 40 можуть стикатися з поверхнями 42 і 43 кулачків 8 і 9 (фіг. 2) в процесі експлуатації двигуна. Робота двигуна 1 може бути оцінена по фіг. 1. Рух поршня 4 і 5 зліва направо при робочому такті в циліндрі 2 викликає обертання кулачків 8 і 9 через їх контакт з підшипником 10. В результаті відбувається ефект роботи "ножиць". Обертання кулачка 8 впливає на обертання валу 7, в той час як зворотне обертання кулачка 9 також сприяє обертанню кулачка 7 за допомогою диференціальної зубчастої передачі (див. Фіг. 2). Завдяки дії "ножиць" досягається більш значний крутний момент при робочому такті, ніж в традиційному двигуні. Дійсно, співвідношення діаметра поршня / довжини ходу поршня, показане на фіг. 1, може прагнути до значно більшої площі конфігурації зі збереженням адекватного крутного моменту. Ще однією конструктивною особливістю двигунів відповідно до винаходом, показаним на фіг. 1, є те, що еквівалент картера двигуна герметизирован по відношенню до циліндрів на відміну від традиційних двотактних двигунів. Це дає можливість використовувати паливо без масла, таким чином, зменшуючи компоненти, які виділяються двигуном в повітря. Регулювання швидкості поршня і тривалість перебування у верхній мертвій точці (TDC) та нижньої мертвої точки (BDC) при використанні робочого виступу асиметричного кулачка показані на фіг. 4. Фіг. 4 - це графік конкретної точки на поршні при його коливанні між середньою точкою 45, верхньою мертвою точкою (TDC) 46 і нижньої мертвої точкою (BDC) 47. Завдяки робочому виступу асиметричного кулачка швидкість поршня може регулюватися. По-перше, поршень знаходиться у верхній мертвій точці 46 протягом більш тривалого періоду часу. Швидке прискорення поршня в позиції 48 забезпечує можливість більш високого крутного моменту при такті згоряння, в той час як більш низька швидкість поршня в позиції 49 в кінці такту згорання забезпечує можливість більш ефективного регулювання отвори. З іншого боку, більш висока швидкість поршня на початку такту 50 стиснення забезпечує можливість більш швидкого закриття для підвищення економії палива, в той час як низька швидкість поршня в кінці 51 даного такту забезпечує більш високі механічні переваги. На фіг. 5 показаний інший двотактний двигун, який має одноциліндровий модуль. Двигун показаний в частковому поперечному перерізі. Насправді половина блоку двигуна видалена для того, щоб показати внутрішню деталь двигуна. Поперечний переріз являє собою площину, збігається з віссю центрального вала двигуна (див. Нижче). Таким чином, блок двигуна розділений по середній лінії. Однак деякі компоненти двигуна також показані в поперечному перерізі, такі як поршні 62 і 63, що несуть бобишки 66 і 70, кулачки з трьома робочими виступами 60 і 61 і втулка 83, пов'язана з кулачком 61. Всі ці позиції будуть розглянуті нижче. Двигун 52 (фіг. 5) включає в себе блок 53, головки 54 і 55 циліндрів і циліндри 56 і 57. Свічка запалювання включена в головку кожного циліндра, але для ясності на кресленні не показана. Вал 58 може обертатися в блоці 53 і підтримується роликовими підшипниками, один з яких вказано позицій 59. Вал 58 має перший кулачок 60 з трьома робочими виступами, прикріпленими до нього, кулачок розташований поруч з кулачком 61 з трьома робочими виступами, який обертається в зворотному напрямку. Двигун 52 включає в себе пару жорстко взаємопов'язаних поршнів 62 в циліндрі 56 і 63 в циліндрі 57. Поршні 62 і 63 пов'язані чотирма шатунами, два з яких вказані в позиціях 64 і 65. (Шатуни 64 і 65 знаходяться в іншій площині по відношенню до решти частини поперечного перерізу креслення. Аналогічним чином, точки дотику шатунів і поршнів 62 і 63 не перебувають в одній і тій же площині іншої частини поперечного перерізу. Співвідношення між шатунами і поршнями, по суті, таке ж, як для двигуна, показаного на фіг. 1 -3). Перемичка 53а проходить всередині блоку 53 і включає в себе отвори, через які проходять шатуни. Дана перемичка стримує шатуни і, отже, поршні на одній прямій з віссю модуля циліндра. Роликові підшипники вставлені між нижніми сторонами поршнів і поверхнями кулачків з трьома робочими виступами. Що стосується поршня 62, то на нижньому боці поршня встановлена \u200b\u200bнесуча бобишка 66, яка утримує вал 67 для роликових підшипників 68 і 69. Підшипник 68 стикається з кулачком 60, в той час як підшипник 69 стикається з кулачком 61. Переважно, поршень 63 включає в себе ідентичну несучу бобишку 70 з валом і підшипниками. Слід також відзначити з урахуванням несучої бобишки 70, що перемичка 53b має відповідний отвір для забезпечення можливості проходження несучої бобишки. Перемичка 53а має аналогічне отвір, але частина перемички, показана на кресленні, знаходиться в тій же площині, що і шатуни 64 і 65. Обертання в зворотному напрямку кулачка 61 по відношенню до кулачку 60 здійснюється диференціальної зубчастої передачею 71, встановленої з зовнішнього боку блоку циліндрів . Корпус 72 передбачений для утримування і покриття компонентів зубчастої передачі. На фіг. 5 корпус 72 представлений в поперечному перерізі, в той час як левередж 71 і вал 58 показані не в поперечному перерізі. Зубчаста передача 71 включає в себе сонячну шестерню 73 на валу 58. Сонячна шестерня 73 стикається з провідними шестернями 74 і 75, які, в свою чергу, стикаються з планетарними шестернями 76 і 77. Планетарні шестерні 76 і 77 з'єднані через вали 78 і 79 зі другим комплектом планетарних шестерень 80 і 81, які встановлені з сонячною шестірнею 73 на втулці 83. Втулка 83 є коаксіальної по відношенню до валу 58 і віддалений від центру кінець втулки прикріплений до кулачку 61. Провідні шестерні 74 і 75 встановлені на вали 84 і 85, вали підтримуються підшипниками в корпусі 72. Частина зубчастої передачі 71 показана на фіг. 6. Фіг. 6 - це вид з торця вала 58, якщо дивитися знизу фіг. 5. На фіг. 6 сонячна шестерня 73 видно близько вала 57. Провідна шестерня 74 показана в зіткненні з планетарної шестернею 76 на валу 78. На фігурі показана також друга планетарна шестерня 76 на валу 78. На фігурі показана також друга планетарна шестерня 80 в контакті з сонячною шестірнею 32 на втулці 83. З фіг. 6 випливає, що обертання за годинниковою стрілкою, наприклад, вала 58 і сонячної шестірні 73 надає динамічний вплив на обертання проти годинникової стрілки - за годинниковою стрілкою сонячної шестірні 82 і втулки 83 через провідну шестерню 74 і планетарні шестерні 76 і 80. Отже, кулачки 60 і 61 можуть обертатися в протилежному напрямку. Інші конструктивні особливості двигуна, показані на фіг. 5, і принцип роботи двигуна є такими ж, як у двигуна, показаного на фіг. 1 і 2. Зокрема, спрямоване вниз тягове зусилля поршня надає кулачкам дію, подібне ножиць, що може привести до зворотного обертанню за допомогою диференціальної зубчастої передачі. Слід підкреслити, що в той час як в двигуні, показаному на фіг. 5, використовуються звичайні шестерні в диференціальної зубчастої передачі може також застосовуватися конічна левередж. Аналогічним чином, звичайні шестерні можуть використовуватися в диференціальної зубчастої передачі, показаній на фіг. 1 і 2, двигуна. У двигунах, які наводяться як приклади на фіг. 1-3 і 5, суміщені осі роликових підшипників, які стикаються з поверхнями кулачків з трьома робочими виступами. Для подальшого поліпшення характеристик крутного моменту осі роликових підшипників можуть бути зміщені. Двигун зі зміщеним кулачком, який стикається з підшипниками, схематично показаний на фіг. 7. На даній фігурі, яка є видом по центральному валу двигуна, показані кулачок 86, кулачок 87, що обертається в зворотному напрямку, і поршень 88. Поршень 88 включає в себе несучі бобишки 89 і 90, які несуть роликові підшипники 91 і 92, підшипники показані в контакті з робочими виступами 93 і 99 відповідно кулачків з трьома робочими виступами 86 і 87. з фіг. 7 випливає, що осі 95 і 96 підшипників 91 і 92 зміщені по відношенню один до одного і по відношенню осі поршня. При розташуванні підшипників на певній відстані від осі поршня збільшується крутний момент за допомогою збільшення механічного переваги. Деталь іншого поршня зі зміщеними підшипниками на нижньому боці поршня приводиться на фіг. 8. Поршень 97 показаний з підшипниками 98 і 99, поміщеними в корпусу 100 і 101 на нижньому боці поршня. Звідси випливає, що осі 102 і 103 підшипників 98 і 99 зміщені, але не в такій мірі, як зміщені підшипники на фіг. 7. Звідси випливає, що більш значний розподіл підшипників, як показано на фіг. 7, збільшує крутний момент. Вищеописані конкретні варіанти здійснення винаходу належать до двотактним двигунам, слід зазначити, що загальні принципи відносяться до двох-і чотиритактним двигунам. Нижче зазначається, що багато змін і модифікації можуть проводитися в двигунах, як показано в наведених вище прикладах без відступу від меж і обсягу винаходу.

Не буде перебільшенням сказати, що більшість самохідних пристроїв сьогодні оснащені двигунами внутрішнього згоряння різноманітних конструкцій, які використовують різні принципові схеми роботи. У всякому разі, якщо говорити про автомобільний транспорт. У даній статті ми розглянемо більш докладно ДВС. Що це таке, як працює даний агрегат, в чому його плюси і мінуси, ви дізнаєтеся, прочитавши її.

Принцип роботи двигунів внутрішнього згоряння

Головний принцип роботи ДВС заснований на тому, що паливо (тверде, рідке або газоподібне) згоряє в спеціально виділеному робочому обсязі всередині самого агрегату, перетворюючи теплову енергію в механічну.

Робоча суміш, яка надходить в циліндри такого двигуна, піддається стисненню. Після її займання за допомогою спеціальних пристроїв виникає надлишковий тиск газів, які змушують поршні циліндрів повертатися у вихідне положення. Так створюється постійний робочий цикл, що перетворює за допомогою спеціальних механізмів кінетичну енергію в крутний момент.

На сьогоднішній день пристрій ДВС може мати три основних види:

• часто званий легким;
• чотиритактний силовий агрегат, що дозволяє домогтися більш високих показників потужності і значень ККД;
• володіють підвищеними характеристиками потужності.

Крім цього існують і інші модифікації основних схем, що дозволяють поліпшити ті або інші властивості силових установок даного виду.

Переваги двигунів внутрішнього згоряння

На відміну від силових агрегатів, які передбачають наявність зовнішніх камер, ДВС володіє значними перевагами. Головними з них є:

• набагато більш компактні розміри;
• вищі показники потужності;
• оптимальні значення ККД.

Необхідно зауважити, кажучи про ДВС, що це такий пристрій, який в переважній більшості випадків дозволяє використовувати різні види палива. Це може бути бензин, дизельне паливо, природний або гас і навіть звичайна деревина.

Такий універсалізм приніс цьому принципової схемою двигуна заслужену популярність, повсюдне поширення і воістину світове лідерство.

Короткий історичний екскурс

Прийнято вважати, що двигун внутрішнього згоряння веде відлік своєї історії з моменту створення французом де Рівасом в 1807 році поршневого агрегату, який використав в якості палива водень в газоподібному агрегатному стані. І хоча з тих пір пристрій ДВС зазнала значних змін і модифікацій, основні ідеї цього винаходу продовжують використовуватися і в наші дні.

Перший чотиритактний двигун внутрішнього згоряння побачив світло в 1876 році в Німеччині. В середині 80-х років XIX століття в Росії був розроблений карбюратор, що дозволяв дозувати подачу бензину в циліндри мотора.

А в самому кінці позаминулого століття знаменитий німецький інженер запропонував ідею займання горючої суміші під тиском, що істотно підвищувало потужності характеристики ДВС і показники ККД агрегатів подібного виду, які до цього залишали бажати багато кращого. З тих пір розвиток двигунів внутрішнього згоряння йшло в основному по шляху поліпшення, модернізації та впровадження різноманітних поліпшень.

Основні види і типи ДВС

Проте більш ніж 100-річна історія агрегатів даного виду дозволила розробити кілька основних видів силових установок з внутрішнім згорянням палива. Вони відрізняються між собою не тільки складом використовуваної робочої суміші, а й конструктивними особливостями.

бензинові двигуни

Як випливає з назви, агрегати даної групи використовують як паливо різні види бензину.

У свою чергу, такі силові установки прийнято поділяти на дві великі групи:

• Карбюраторні. У таких пристроях паливна суміш перед надходженням в циліндри збагачується повітряними масами в спеціальному пристрої (карбюраторі). Після чого відбувається її займання за допомогою електричної іскри. Серед найбільш яскравих представників даного типу можна назвати моделі ВАЗ, ДВС яких дуже довгий час був виключно карбюраторного типу.
• Інжекторниє. Це більш складна система, в якій впорскування палива в циліндри здійснюється за допомогою спеціального колектора і форсунок. Він може відбуватися як механічним способом, так і за допомогою спеціального електронного пристрою. Найбільш продуктивними вважаються системи прямого безпосереднього вприскування "Коммон Рейл". Встановлюються майже на всі сучасні автомобілі.

Інжекторниє бензинові двигуни прийнято вважати більш економічними і забезпечують більш високий ККД. Однак вартість таких агрегатів набагато вище, а обслуговування і експлуатація - значно складніше.

дизельні двигуни

На зорі існування агрегатів подібного виду дуже часто можна було чути жарт про ДВС, що це такий пристрій, який їсть бензин, як кінь, а рухається набагато повільніше. З винаходом дизельного двигуна цей жарт частково втратила свою актуальність. Головним чином тому, що дизель здатний працювати на паливі набагато нижчої якості. А значить, і на набагато більш дешевому, ніж бензин.

Головним принциповою відмінністю внутрішнього згоряння є відсутність примусового займання паливної суміші. Солярка впорскується в циліндри спеціальними форсунками, а окремі краплі палива спалахують через сили тиску поршня. Поряд з перевагами дизельний двигун має і цілу низку недоліків. Серед них можна виділити наступні:

• набагато менша потужність в порівнянні з бензиновими силовими установками;
• великими габаритами і ваговими характеристиками;
• складнощами з запуском при екстремальних погодних і кліматичних умовах;
• недостатньою тяговитостью і схильністю до невиправданих втрат потужності, особливо на порівняно високих оборотах.

Крім того, ремонт ДВС дизельного типу, як правило, набагато більш складний і витратний, ніж регулювання або відновлення працездатності бензинового агрегату.

газові двигуни

Незважаючи на дешевизну природного газу, що використовується як паливо, пристрій ДВС, які працюють на газі, незрівнянно складніше, що веде до істотного подорожчання агрегату в цілому, його монтажу та експлуатації зокрема.

На силових установках подібного типу скраплений або природний газ надходить в циліндри через систему спеціальних редукторів, колекторів і форсунок. Займання паливної суміші відбувається так само, як і в карбюраторних бензинових установках, - за допомогою електричної іскри, що виходить від свічки запалювання.

Комбіновані типи двигунів внутрішнього згоряння

Мало хто знає про комбінованих системах ДВС. Що це таке і де застосовується?

Йдеться, звичайно ж, не про сучасних гібридних автомобілях, здатних працювати як на пальному, так і від електричного мотора. Комбінованими двигунами внутрішнього згоряння прийнято називати такі агрегати, які об'єднують в собі елементи різних принципів паливних систем. Найбільш яскравим представником сімейства таких двигунів є газодизельні установки. У них паливна суміш надходить в блок ДВС практично так само, як і в газових агрегатах. Але підпал пального проводиться не за допомогою електричного розряду від свічки, а запальний порцією солярки, як це відбувається в звичайному дизельному моторі.

Обслуговування та ремонт двигунів внутрішнього згоряння

Незважаючи на досить широке розмаїття модифікацій, всі двигуни внутрішнього згоряння мають аналогічні принципові конструкції і схеми. Проте, для того щоб якісно здійснювати обслуговування і ремонт ДВС, необхідно досконально знати його пристрій, розуміти принципи роботи і вміти визначати неполадки. Для цього, безумовно, необхідно ретельно вивчити конструкцію двигунів внутрішнього згоряння різних типів, усвідомити для себе призначення тих чи інших деталей, вузлів, механізмів і систем. Справа ця непроста, але дуже захоплююче! А головне, потрібне.

Спеціально для допитливих, які бажають самостійно осягнути всі таїнства і секрети практично будь-якого транспортного засобу, приблизна принципова схема ДВС представлена \u200b\u200bна фото вище.

Отже, ми з'ясували, що собою являє цей силовий агрегат.

Всі схеми відкриваються в повний розмір по кліку.

ЗУСТРІЧНИЙ РУХ

Особливість двотактного дизеля професора Пітера Хофбауера, який присвятив 20 років свого життя роботі в концерні «Фольксваген», - два поршня в одному циліндрі, що рухаються назустріч один одному. І назва це підтверджує: Opposed Piston Opposed Cylinder (OPOC) - зустрічні поршні, зустрічні циліндри.

Схожу схему ще в середині минулого століття використовували в авіації і танкобудуванні, наприклад, на німецьких «Юнкерс» або радянському танку T-64. Справа в тому, що в традиційному двотактному двигуні обидва вікна для газообміну перекриває один поршень, а в двигунах з зустрічними поршнями в зоні ходу одного поршня розташовується впускний вікно, в зоні ходу другого - випускне. Така конструкція дозволяє раніше відкривати випускне вікно і завдяки цьому краще очищати камеру згоряння від відпрацьованих газів. І заздалегідь закривати, щоб зберегти деяку кількість робочої суміші, яка у двотактного двигуна зазвичай викидається в вихлопну трубу.

У чому ж родзинка конструкції професора? У центральному (між циліндрами) розташуванні клонували, обслуговуючого відразу все поршні. Це рішення призвело до досить хитромудрої конструкції шатунів. Їх по парі на кожній шийці клонували, причому на зовнішні поршні доводиться по парі шатунів, розташованих по обидві сторони циліндра. Це схема дозволила обійтися одним коленвалом (у колишніх моторів їх було два, розміщених по краях двигуна) і зробити компактний, легкий агрегат. У чотиритактних двигунах циркуляцію повітря в циліндрі забезпечує сам поршень, в моторі OPOC - турбонаддув. Для кращої ефективності швидко розігнати турбіну допомагає електромотор, який в певних режимах стає генератором і рекуперірует енергію.

Дослідний зразок, зроблений для армії без оглядки на екологічні норми, при масі 134 кг розвиває 325 к.с. Підготовлено та цивільний варіант - з приблизно на сотню сил меншою віддачею. Як заявляє автор, в залежності від виконання мотор ОРД на 30-50% легше інших дизелів порівнянної потужності і в два - чотири рази компактніше. Навіть по ширині (це саме значне габаритне вимір) ОРД всього вдвічі перевершує один з найбільш компактних автомобільних агрегатів в світі - двоциліндровий фіатовскій «Твінейр».

Мотор OPOC - зразок модульної конструкції: двоциліндровий блоки можна компонувати в багатоциліндрові агрегати, поєднуючи їх електромагнітними муфтами. Коли повна потужність не потрібна, для економії палива один або кілька модулів можуть відключатися. На відміну від звичайних двигунів з відключаються циліндрами, де колінвал ворушить навіть «відпочиваючі» поршні, механічних втрат можна уникнути. Цікаво, а як йдуть справи з паливною економічністю і шкідливими викидами? Розробник воліє обходити це питання мовчанням. Ясна річ - тут позиції двухтактників традиційно слабкі.

РОЗДІЛЬНЕ ХАРЧУВАННЯ

Ще один приклад відходу від традиційних догм. Кармело Скудері спокусився на святе правило чотиритактних моторів: весь робочий процес повинен відбуватися строго в одному циліндрі. Винахідник поділив цикл між двома циліндрами: один відповідає за впуск суміші і її стиснення, другий - за робочий хід і випуск. При цьому традиційні чотири такту двигун, іменований мотором з розділеним циклом (SCC - Split Cycle Combustion), проходить всього за один оборот коленвала, тобто в два рази швидше.

Ось як цей мотор працює. У першому циліндрі поршень стискає повітря і подає його в сполучний канал. Клапан відкривається, форсунка впорскує паливо, і суміш під тиском вривається в другій циліндр. Згоряння в ньому починається при русі поршня вниз, на відміну від двигуна Отто, де суміш підпалюють трохи раніше, ніж поршень досягне верхньої мертвої точки. Таким чином, згорає суміш не перешкоджає в початковій стадії горіння рушійному назустріч поршню, а, навпаки, підштовхує його. Творець мотора обіцяє питому потужність в 135 к.с. з літра робочого об'єму. Причому при значному скороченні шкідливих викидів завдяки більш ефективному згорянню суміші - наприклад, зі зменшенням виходу NOx на 80% в порівнянні з цим же показником для традиційного ДВС. Заодно стверджують, що SCC на 25% економічніше рівних по потужності атмосферних моторів. Однак зайвий циліндр - це додаткова маса, збільшення габаритів, зростаючі втрати на тертя. Щось не віриться ... Особливо якщо взяти в приклад нове покоління наддувних двигунів, зроблених під девізом даунсайзінг.

До речі, для цього двигуна придумана оригінальна схема рекуперації і наддуву «в одному флаконі» під назвою Air-Hybrid. Під час гальмування двигуном циліндр робочого ходу відключається (клапани закриті), а циліндр стиснення наповнює спеціальний резервуар стисненим повітрям. При розгоні відбувається зворотне: не працює циліндр стиснення, а в робочий нагнітається запасений повітря - свого роду наддув. Власне, при такій схемі не виключається і повний пневморежім, коли повітря буде штовхати поршні в поодинці.

ПОТУЖНІСТЬ З ПОВІТРЯ

Професор Ліно Гуззелла також використовував ідею накопичення стисненого повітря в окремому резервуарі: один з клапанів відкриває шлях від балона до камери згоряння. В іншому це звичайний двигун з турбонаддувом. Дослідний зразок побудували на базі 0,75-літрового двигуна, запропонувавши його як заміну ... 2-літровому атмосферному мотору.

Розробник для оцінки ефективності свого творіння воліє порівнювати його з гібридними силовими агрегатами. Причому при схожій економії палива (близько 33%) конструкція Гуззелли здорожує мотор всього лише на 20% - складна бензоелектричних установка обходиться майже в десять разів дорожче. Однак в тестовому зразку паливо економиться не стільки за рахунок наддуву з балона, скільки завдяки малому робочому об'єму самого двигуна. Але перспективи у стисненого повітря в роботі звичайного ДВС все ж є: його можна використовувати для запуску двигуна в режимі «старт-стоп» або для руху автомобіля на малих швидкостях.

КРУТИТСЯ, ВЕРТИТСЯ ШАР ...

Серед незвичайних ДВС мотор Герберта Хюттліна виділяється найбільш примітною конструкцією: традиційні поршні і камери згоряння тут розміщені всередині кулі. Поршні рухаються в декількох напрямках. По-перше, назустріч один одному, утворюючи між собою камери згоряння. Крім того, вони з'єднані попарно в блоки, посаджені на єдину вісь і обертаються по хитрій траєкторії, заданої кільцевої фігурної шайбою. Корпус поршневих блоків об'єднаний з шестернею, що передає крутний момент на вихідний вал.

Через жорстку зв'язку між блоками при наповненні сумішшю однієї камери згоряння одночасно відбувається випуск відпрацьованих газів в інший. Таким чином, за поворот поршневих блоків на 180 градусів відбувається 4-тактний цикл, за повний оборот - два робочих циклу.

Перший показ кульового двигуна на Женевському автосалоні привернув загальну увагу. Концепція, безумовно, цікава - за роботою 3D-моделі можна спостерігати годинами, намагаючись розібратися, як працює та чи інша система. Однак за красивою ідеєю має йти втілення в металі. А розробник поки ні слова не говорить про хоча б приблизних значеннях основних показників агрегату - потужності, економічності, екологічності. І, головне, про технологічність і надійності.

МОДНЕ ТЕМА

Роторно-лопатевої двигун винайшли трохи менше століття тому. І, напевно, ще довго не згадували б про нього, якби не з'явився амбітний проект російського народного автомобіля. Під капотом «е-мобіля» нехай і не відразу, але повинен з'явитися саме роторно-лопатевої двигун, та ще в парі з електромотором.

Коротенько про його пристрої. На осі встановлені два ротори з парою лопатей на кожному, що утворюють камери згоряння змінної величини. Ротори обертаються в одному напрямку, але з різними швидкостями - один наздоганяє інший, суміш між лопатями стискається, проскакує іскра. Другий починає рух по колу, щоб на наступному колі «підштовхнути» сусіда. Подивіться на малюнок: в правій нижній чверті відбувається впуск, в правій верхній - стиснення, потім проти годинникової стрілки - робочий хід і випуск. Займання суміші здійснюється у верхній точці кола. Таким чином, за один оборот ротор відбувається чотири робочих такту.

Очевидні переваги конструкції - компактність, легкість і хороший ККД. Однак є і проблеми. З них головна - точна синхронізація роботи двох роторів. Завдання це непросте, а рішення має бути недорогим, інакше «е-мобіль» ніколи не стане народним.

У пристрої двигуна поршень є ключовим елементом робочого процесу. Поршень виконаний у вигляді металевого пустотілого склянки, розташованого сферичним дном (головка поршня) вгору. Напрямна частина поршня, інакше звана спідницею, має неглибокі канавки, призначені для фіксації в них поршневих кілець. Призначення поршневих кілець - забезпечувати, по-перше, герметичність надпоршневого простору, де при роботі двигуна відбувається миттєве згоряння бензиново-повітряної суміші і утворюється розширюється газ не міг, обігнувши спідницю, спрямуватися під поршень. По-друге, кільця запобігають потраплянню масла, що знаходиться під поршнем, в надпоршневомупростір. Таким чином, кільця в поршні виконують функцію ущільнювачів. Нижня (нижні) поршневі кільця називається маслос'емниє, а верхнє (верхні) - компресійним, тобто забезпечує високу ступінь стиснення суміші.

Коли з карбюратора або інжектора всередину циліндра потрапляє паливно-повітряна або паливна суміш, вона стискається поршнем при його русі вгору і підпалюється електричним розрядом від свічки системи запалювання (в дизелі відбувається самозаймання суміші за рахунок різкого стиснення). Утворені гази згоряння мають значно більший обсяг, ніж вихідна паливна суміш, і, розширюючись, різко штовхають поршень вниз. Таким чином теплова енергія палива перетворюється в зворотно-поступальний (вгору-вниз) рух поршня в циліндрі.

Далі необхідно перетворити це рух в обертання валу. Відбувається це таким чином: всередині спідниці поршня розташований палець, на якому закріплюється верхня частина шатуна, останній шарнірно зафіксований на кривошипі колінчастого вала. Колінвал вільно обертається на опорних підшипниках, що розташовані в картері двигуна внутрішнього згоряння. При русі поршня шатун починає обертати коленвал, з якого крутний момент передається на трансмісію і - далі через систему шестерень - на провідні колеса.

Технічні характеристики двігателя.Характерістікі двигуна При русі вгору-вниз у поршня є два положення, які називаються мертвими точками. Верхня мертва точка (ВМТ) - це момент максимального підйому головки і всього поршня вгору, після чого він починає рух вниз; нижня мертва точка (НМТ) - саме нижнє положення поршня, після якого вектор напрямку змінюється і поршень рухається вгору. Відстань між ВМТ і НМТ названо ходом поршня, об'єм верхньої частини циліндра при положенні поршня у ВМТ утворює камеру згоряння, а максимальний обсяг циліндра при положенні поршня у НМТ прийнято називати повним об'ємом циліндра. Різниця між повним обсягом і обсягом камери згоряння отримала найменування робочого об'єму циліндра.
Сумарний робочий об'єм всіх циліндрів двигуна внутрішнього згоряння вказується в технічних характеристиках двигуна, виражається в літрах, тому в побуті іменується літражем двигуна. Другою найважливішою характеристикою будь-якого ДВС є ступінь стиснення (СС), що визначається як частка від ділення повного обсягу на обсяг камери згоряння. У карбюраторних двигунів СС варіює в інтервалі від 6 до 14, у дизелів - від 16 до 30. Саме цей показник, поряд з обсягом двигуна, визначає його потужність, економічність і повноту згоряння паливо-повітряної суміші, що впливає на токсичність викидів при роботі ДВС .
Потужність двигуна має бінарне позначення - в кінських силах (к.с.) і в кіловатах (кВт). Для перекладу одиниць одна в іншу застосовується коефіцієнт 0,735, тобто 1 к.с. \u003d 0,735 кВт.
Робочий цикл чотиритактного ДВС визначається двома оборотами колінчастого вала - по півоберта на такт, що відповідає одному ходу поршня. Якщо двигун одноциліндровий, то в його роботі спостерігається нерівномірність: різке прискорення ходу поршня при вибуховому згорянні суміші і уповільнення його в міру наближення до НМТ і далі. Для того, щоб цю нерівномірність купірувати, на валу за межами корпусу мотора встановлюється масивний диск-маховик з великою інерційністю, завдяки чому момент обертання валу в часі стає більш стабільним.

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння
Сучасний автомобіль, найчастіше за все, приводиться в рух двигуном внутрішнього згоряння. Таких двигунів існує величезна безліч. Розрізняються вони обсягом, кількістю циліндрів, потужністю, швидкістю обертання, використовуваним паливом (дизельні, бензинові та газові ДВС). Але, принципово, пристрій двигуна внутрішнього згоряння, схоже.
Як працює двигун і чому називається чотиритактним двигуном внутрішнього згоряння? Про внутрішнє згоряння зрозуміло. Усередині двигуна згоряє паливо. А чому 4 такту двигуна, що це таке? Дійсно, бувають і двотактні двигуни. Але на автомобілях вони використовуються вкрай рідко.
Чотиритактним двигун називається через те, що його роботу можна розділити на чотири, рівні за часом, частини. Поршень чотири рази пройде по циліндру - два рази вгору і два рази вниз. Такт починається при знаходженні поршня в крайній нижній або верхній точці. У автомобілістів-механіків це називається верхня мертва точка (ВМТ) і нижня мертва точка (НМТ).
Перший такт - такт впуску

Перший такт, він же впускний, починається з ВМТ (верхньої мертвої точки). Рухаючись вниз, поршень, всмоктує в циліндр топливовоздушную суміш. Робота цього такту відбувається при відкритому клапані впуску. До речі, існує багато двигунів з декількома впускними клапанами. Їх кількість, розмір, час знаходження у відкритому стані може істотно вплинути на потужність двигуна. Є двигуни, в яких, в залежності від натискання на педаль газу, відбувається примусове збільшення часу перебування впускних клапанів у відкритому стані. Це зроблено для збільшення кількості всмоктуваного палива, яке, після загоряння, збільшує потужність двигуна. Автомобіль, в цьому випадку, може набагато швидше прискоритися.

Другий такт - такт стиснення

Наступний такт роботи двигуна - такт стиснення. Після того як поршень досяг нижньої точки, він починає підніматися вгору, тим самим, стискаючи суміш, яка потрапила в циліндр в такт впуску. Паливна суміш стискається до обсягів камери згоряння. Що це за така камера? Вільний простір між верхньою частиною поршня і верхньою частиною циліндра при знаходженні поршня у верхній мертвій точці називається камерою згоряння. Клапани, в цей такт роботи двигуна закриті повністю. Чим щільніше вони закриті, тим стиснення відбувається якісніше. Велике значення має, в даному випадку, стан поршня, циліндра, поршневих кілець. Якщо є великі зазори, то хорошого стиснення не вийде, а відповідно, потужність такого двигуна буде набагато нижче. Компресію можна перевірити спеціальним приладом. За величиною компресії можна зробити висновок про ступінь зносу двигуна.

Третій такт - робочий хід

Третій такт - робочий, починається з ВМТ. Робочим він називається не випадково. Адже саме в цьому такті відбувається дія, що змушує автомобіль рухатися. У цьому такті в роботу вступає система запалювання. Чому ця система так називається? Та тому, що вона відповідає за підпалювання паливної суміші, стиснутої в циліндрі, в камері згоряння. Працює це дуже просто - свічка системи дає іскру. Справедливості заради, варто зауважити, що іскра видається на свічці запалювання за кілька градусів до досягнення поршнем верхньої точки. Ці градуси, в сучасному двигуні, регулюються автоматично «мізками» автомобіля.
Після того як паливо загориться, відбувається вибух - воно різко збільшується в об'ємі, змушуючи поршень рухатися вниз. Клапани в цьому такті роботи двигуна, як і в попередньому, знаходяться в закритому стані.

Четвертий такт - такт випуску

Четвертий такт роботи двигуна, останній - випускний. Досягнувши нижньої точки, після робочого такту, в двигуні починає відкриватися випускний клапан. Таких клапанів, як і впускних, може бути кілька. Рухаючись вгору, поршень через цей клапан видаляє відпрацьовані гази з циліндра - вентилює його. Від чіткої роботи клапанів залежить ступінь стиснення в циліндрах, повне видалення відпрацьованих газів і необхідну кількість всмоктується паливно-повітряної суміші.

Після четвертого такту настає черга першого. Процес повторюється циклічно. А за рахунок чого відбувається обертання - робота двигуна внутрішнього згоряння все 4 такту, що змушує поршень підніматися і опускатися в тактах стиснення, випуску і впуску? Справа в тому, що не вся енергія, що отримується в робочому такті, направляється на рух автомобіля. Частина енергії йде на розкручування маховика. А він, під дією інерції, крутить колінчастий вал двигуна, переміщаючи поршень в період «неробочих» тактів.

Газорозподільчий механізм

Газорозподільний механізм (ГРМ) призначений для уприскування палива і випуску відпрацьованих газів в двигунах внутрішнього згоряння. Сам механізм газорозподілу ділиться на ніжнеклапанний, коли розподільний вал знаходиться в блоці циліндрів, і верхньоклапанний. Верхньоклапанний механізм передбачає перебування распредвала в головці блоку циліндрів (ГБЦ). Існують і альтернативні механізми газорозподілу, такі як гільзового система ГРМ, десмодромного система і механізм із змінними фазами.
Для двотактних двигунів механізм газорозподілу здійснюється за допомогою впускних і випускних вікон в циліндрі. Для чотиритактних двигунів найпоширеніша система верхньоклапанної, про неї і піде мова нижче.

пристрій ГРМ
У верхній частині блоку циліндрів знаходиться ГБЦ (головка блоку циліндрів) з розташованими на ній розподільним валом, клапанами, штовхачами або коромислами. Шків приводу распредвала винесено за межі головки блоку циліндрів. Для виключення протікання моторного масла з-під клапанної кришки, на шийку распредвала встановлюється сальник. Сама клапанна кришка встановлюється на масло бензо стійку прокладку. Ремінь ГРМ або ланцюг одягається на шків распредвала і приводиться в дію шестернею колінчастого вала. Для натягу ременя використовуються натяжні ролики, для ланцюга натяжні «башмаки». Зазвичай ременем ГРМ приводиться в дію помпа водяної системи охолодження, проміжний вал для системи запалювання і привід насоса високого тиску ТНВД (для дизельних варіантів).
З протилежного боку розподільного вала за допомогою прямої передачі або за допомогою ременя, можуть приводитися в дію вакуумний підсилювач, гідропідсилювач керма або автомобільний генератор.

Шток є вісь з проточенной на ній кулачками. Кулачки розташовані по валу так, що в процесі обертання, стикаючись з штовхачами клапанів, натискають на них точно відповідно до робочих тактами двигуна.
Існують двигуни і з двома розподільними валами (DOHC) і великим числом клапанів. Як і в першому випадку, шківи приводяться в дію одним ременем ГРМ і ланцюгом. Кожен распредвал закриває один тип клапанів впускних або випускних.
Клапан натискається коромислом (ранні версії двигунів) або штовхачем. Розрізняють два види штовхачів. Перший - штовхачі, де зазор регулюється калібрувальними шайбами, другий - гидротолкатели. Гидротолкатель пом'якшує удар по клапану завдяки маслу, яке знаходиться в ньому. Регулювання зазору між кулачком і верхньою частиною штовхача не потрібно.

Принцип роботи ГРМ

Весь процес газорозподілу зводиться до синхронного обертання колінчастого вала і розподільного вала. А так же відкриванню впускних і випускних клапанів в певному місці положення поршнів.
Для точного розташування распредвала щодо коленвала використовуються установчі позначки. Перед одяганням ременя газорозподільного механізму поєднуються і фіксуються мітки. Потім одягається ремінь, «звільняються» шківи, \u200b\u200bпісля чого ремінь натягується натяжним (і) роликами.
При відкриванні клапана коромислом відбувається наступне: распредвал кулачком «наїжджає» на коромисло, яке натискає на клапан, після проходження кулачка, клапан під дією пружини закривається. Клапани в цьому випадку розташовуються v-образно.
Якщо в двигуні застосовані штовхачі, то распредвал знаходиться безпосередньо над штовхачами, при обертанні, натискаючи своїми кулачками на них. Перевага такого ГРМ малі шуми, невелика ціна, ремонтопридатність.
У ланцюговому двигуні весь процес газорозподілу той же, тільки при складанні механізму, ланцюг одягається на вал спільно зі шківом.

Кривошипно-шатунний механізм

Кривошипно-шатунний механізм (далі скорочено - КШМ) - механізм двигуна. Основним призначенням КШМ є перетворення зворотно-поступальних рухів поршня циліндричної форми у обертальні рухи колінчастого вала в двигуні внутрішнього згоряння і, навпаки.

пристрій КШМ
поршень

Поршень має вид циліндра, виготовленого зі сплавів алюмінію. Основна функція цієї деталі полягає в перетворенні в механічну роботу зміна тиску газу, або навпаки, - нагнітання тиску за рахунок зворотно-поступального руху.
Поршень є складені докупи днище, головку і спідницю, які виконують абсолютно різні функції. Днище поршня плоскою, увігнутою або опуклою форми містить у собі камеру згоряння. Головка має нарізані канавки, де розміщуються поршневі кільця (компресійні і маслос'емниє). Компресійні кільця виключають прорив газів в картер двигуна, а поршневі маслознімні кільця сприяють видаленню надлишків масла на внутрішніх стінках циліндра. У спідниці розташовані дві бобишки, що забезпечують розміщення з'єднує поршень з шатуном поршневого пальця.

Виготовлений штампуванням або кований сталевий (рідше - титановий) шатун має шарнірні з'єднання. Основна роль шатуна полягає в передачі поршневого зусилля до колінчастого валу. Конструкція шатуна передбачає наявність верхньої і нижньої головки, а також стержня з двотаврових перетином. У верхній голівці і бобишках знаходиться обертається ( «плаваючий») поршневий палець, а нижня головка - розбірна, дозволяючи, тим самим, забезпечити тісне поєднання з шийкою вала. Сучасна технологія контрольованого розколювання нижньої головки дозволяє забезпечити високу точність з'єднання її частин.

Маховик встановлюється на кінці колінчастого вала. На сьогоднішній день знаходять широке застосування двомасових маховики, мають вигляд двох, пружно з'єднаних між собою, дисків. Зубчастий вінець маховика бере безпосередню участь у запуску двигуна через стартер.

Блок і головка циліндрів

Блок циліндрів і головка блоку циліндрів відливають з чавуну (рідше - сплавів алюмінію). У блоці циліндрів передбачені сорочки охолодження, ліжку для підшипників колінчастого і розподільного валів, а також точки кріплення приладів і вузлів. Сам циліндр виконує функцію напрямної для поршнів. Головка блоку циліндра має в собі камеру згоряння, впускні-випускні канали, спеціальні отвори для свічок системи запалювання, втулки і запресовані сідла. Герметичність з'єднання блоку циліндрів з головкою забезпечені прокладкою. Крім того, головка циліндра закрита штампованою кришкою, а між ними, як правило, встановлюється прокладка з маслостойкой гуми.

В цілому, поршень, гільза циліндрів і шатун формують циліндр або циліндропоршневу групу кривошипно-шатунного механізму. Сучасні двигуни можуть мати до 16 і більше циліндрів.