Что находится в двигателе автомобиля

Internal combustion engines come in a wide variety of types, but have certain family resemblances, and thus share many common types of components.

Combustion chambers[edit]

Internal combustion engines can contain any number of combustion chambers (cylinders), with numbers between one and twelve being common, though as many as 36 (Lycoming R-7755) have been used. Having more cylinders in an engine yields two potential benefits: first, the engine can have a larger displacement with smaller individual reciprocating masses, that is, the mass of each piston can be less thus making a smoother-running engine since the engine tends to vibrate as a result of the pistons moving up and down. Doubling the number of the same size cylinders will double the torque and power. The downside to having more pistons is that the engine will tend to weigh more and generate more internal friction as the greater number of pistons rub against the inside of their cylinders. This tends to decrease fuel efficiency and robs the engine of some of its power. For high-performance gasoline engines using current materials and technology, such as the engines found in modern automobiles, there seems to be a point around 10 or 12 cylinders after which the addition of cylinders becomes an overall detriment to performance and efficiency. Although, exceptions such as the W16 engine from Volkswagen exist.

• Most car engines have four to eight cylinders, with some high-performance cars having ten, 12 — or even 16, and some very small cars and trucks having two or three. In previous years, some quite large cars such as the DKW and Saab 92, had two-cylinder or two-stroke engines.
• Radial aircraft engines had from three to 28 cylinders; examples include the small Kinner B-5 and the large Pratt & Whitney R-4360. Larger examples were built as multiple rows. As each row contains an odd number of cylinders, to give an even firing sequence for a four-stroke engine, an even number indicates a two- or four-row engine. The largest of these was the Lycoming R-7755 with 36 cylinders (four rows of nine cylinders), but it did not enter production.
• Motorcycles commonly have from one to four cylinders, with a few high-performance models having six; although, some ‘novelties’ exist with 8, 10, or 12.
• Snowmobiles Usually have one to four cylinders and can be both 2-stroke or 4-stroke, normally in the in-line configuration; however, there are again some novelties that exist with V-4 engines
• Small portable appliances such as chainsaws, generators, and domestic lawn mowers most commonly have one cylinder, but two-cylinder chainsaws exist.
• Large reversible two-cycle marine diesels have a minimum of three to over ten cylinders. Freight diesel locomotives usually have around 12 to 20 cylinders due to space limitations, as larger cylinders take more space (volume) per kwh, due to the limit on average piston speed of less than 30 ft/sec on engines lasting more than 40,000 hours under full power.

Ignition system[edit]

The ignition system of an internal combustion engines depends on the type of engine and the fuel used. Petrol engines are typically ignited by a precisely timed spark, and diesel engines by compression heating. Historically, outside flame and hot-tube systems were used, see hot bulb engine.

Spark[edit]

In a spark ignition engine, a mixture is ignited by an electric spark from a spark plug — the timing of which is very precisely controlled. Almost all gasoline engines are of this type. Diesel engines timing is precisely controlled by the pressure pump and injector.
The normal plug distance between the spark plug is 1mm apart, and the voltage is 3000v at normal atmospheric conditions.

Compression[edit]

Ignition occurs as the temperature of the fuel/air mixture is taken over its autoignition temperature, due to heat generated by the compression of the air during the compression stroke. The vast majority of compression ignition engines are diesels in which the fuel is mixed with the air after the air has reached ignition temperature. In this case, the timing comes from the fuel injection system. Very small model engines for which simplicity and light weight is more important than fuel costs use easily ignited fuels (a mixture of kerosene, ether, and lubricant) and adjustable compression to control ignition timing for starting and running.

Ignition timing[edit]

For reciprocating engines, the point in the cycle at which the fuel-oxidizer mixture is ignited has a direct effect on the efficiency and output of the ICE. The thermodynamics of the idealized Carnot heat engine tells us that an ICE is most efficient if most of the burning takes place at a high temperature, resulting from compression — near top dead center. The speed of the flame front is directly affected by the compression ratio, fuel mixture temperature, and octane rating or cetane number of the fuel. Leaner mixtures and lower mixture pressures burn more slowly requiring more advanced ignition timing. It is important to have combustion spread by a thermal flame front (deflagration), not by a shock wave. Combustion propagation by a shock wave is called detonation and, in engines, is also known as pinging or Engine knocking.

So at least in gasoline-burning engines, ignition timing is largely a compromise between a later «retarded» spark — which gives greater efficiency with high octane fuel — and an earlier «advanced» spark that avoids detonation with the fuel used. For this reason, high-performance diesel automobile proponents, such as Gale Banks, believe that

There’s only so far you can go with an air-throttled engine on 91-octane gasoline. In other words, it is the fuel, gasoline, that has become the limiting factor. … While turbocharging has been applied to both gasoline and diesel engines, only limited boost can be added to a gasoline engine before the fuel octane level again becomes a problem. With a diesel, boost pressure is essentially unlimited. It is literally possible to run as much boost as the engine will physically stand before breaking apart. Consequently, engine designers have come to realize that diesels are capable of substantially more power and torque than any comparably sized gasoline engine.^[1]

Fuel systems[edit]

Fuels burn faster and more efficiently when they present a large surface area to the oxygen in air. Liquid fuels must be atomized to create a fuel-air mixture, traditionally this was done with a carburetor in petrol engines and with fuel injection in diesel engines. Most modern petrol engines now use fuel injection too — though the technology is quite different. While diesel must be injected at an exact point in that engine cycle, no such precision is needed in a petrol engine. However, the lack of lubricity in petrol means that the injectors themselves must be more sophisticated.

Carburetor[edit]

Simpler reciprocating engines continue to use a carburetor to supply fuel into the cylinder. Although carburetor technology in automobiles reached a very high degree of sophistication and precision, from the mid-1980s it lost out on cost and flexibility to fuel injection. Simple forms of carburetor remain in widespread use in small engines such as lawn mowers and more sophisticated forms are still used in small motorcycles.

Fuel injection[edit]

Larger gasoline engines used in automobiles have mostly moved to fuel injection systems (see Gasoline Direct Injection). Diesel engines have always used fuel injection system because the timing of the injection initiates and controls the combustion.

Autogas engines use either fuel injection systems or open- or closed-loop carburetors.

Fuel pump[edit]

Most internal combustion engines now require a fuel pump. Diesel engines use an all-mechanical precision pump system that delivers a timed injection direct into the combustion chamber, hence requiring a high delivery pressure to overcome the pressure of the combustion chamber. Petrol fuel injection delivers into the inlet tract at atmospheric pressure (or below) and timing is not involved, these pumps are normally driven electrically. Gas turbine and rocket engines use electrical systems.

Other[edit]

Other internal combustion engines like jet engines and rocket engines employ various methods of fuel delivery including impinging jets, gas/liquid shear, preburners and others.

Oxidiser-Air inlet system[edit]

Some engines such as solid rockets have oxidisers already within the combustion chamber but in most cases for combustion to occur, a continuous supply of oxidiser must be supplied to the combustion chamber.

Naturally aspirated engines[edit]

When air is used with piston engines it can simply suck it in as the piston increases the volume of the chamber. However, this gives a maximum of 1 atmosphere of pressure difference across the inlet valves, and at high engine speeds the resulting airflow can limit potential output.

Superchargers and turbochargers[edit]

A supercharger is a «forced induction» system which uses a compressor powered by the shaft of the engine which forces air through the valves of the engine to achieve higher flow. When these systems are employed the maximum absolute pressure at the inlet valve is typically around 2 times atmospheric pressure or more.

Turbochargers are another type of forced induction system which has its compressor powered by a gas turbine running off the exhaust gases from the engine.

Turbochargers and superchargers are particularly useful at high altitudes and they are frequently used in aircraft engines.

Duct jet engines use the same basic system, but eschew the piston engine, and replace it with a burner instead.

Liquids[edit]

In liquid rocket engines, the oxidiser comes in the form of a liquid and needs to be delivered at high pressure (typically 10-230 bar or 1–23 MPa) to the combustion chamber. This is normally achieved by the use of a centrifugal pump powered by a gas turbine — a configuration known as a turbopump, but it can also be pressure fed.

Parts[edit]

For a four-stroke engine, key parts of the engine include the crankshaft (purple), connecting rod (orange), one or more camshafts (red and blue), and valves. For a two-stroke engine, there may simply be an exhaust outlet and fuel inlet instead of a valve system. In both types of engines there are one or more cylinders (grey and green), and for each cylinder there is a spark plug (darker-grey, gasoline engines only), a piston (yellow), and a crankpin (purple). A single sweep of the cylinder by the piston in an upward or downward motion is known as a stroke. The downward stroke that occurs directly after the air-fuel mix passes from the carburetor or fuel injector to the cylinder (where it is ignited) is also known as a power stroke.

A Wankel engine has a triangular rotor that orbits in an epitrochoidal (figure 8 shape) chamber around an eccentric shaft. The four phases of operation (intake, compression, power, and exhaust) take place in what is effectively a moving, variable-volume chamber.

Valves[edit]

All four-stroke internal combustion engines employ valves to control the admittance of fuel and air into the combustion chamber. Two-stroke engines use ports in the cylinder bore, covered and uncovered by the piston, though there have been variations such as exhaust valves.

Piston engine valves[edit]

In piston engines, the valves are grouped into ‘inlet valves’ which admit the entrance of fuel and air and ‘outlet valves’ which allow the exhaust gases to escape. Each valve opens once per cycle and the ones that are subject to extreme accelerations are held closed by springs that are typically opened by rods running on a camshaft rotating with the engines’ crankshaft.

Control valves[edit]

Continuous combustion engines—as well as piston engines—usually have valves that open and close to admit the fuel and/or air at the startup and shutdown. Some valves feather to adjust the flow to control power or engine speed as well.

Exhaust systems[edit]

Internal combustion engines have to effectively manage the exhaust of the cooled combustion gas from the engine. The exhaust system frequently contains devices to control both chemical and noise pollution. In addition, for cyclic combustion engines the exhaust system is frequently tuned to improve emptying of the combustion chamber. The majority of exhausts also have systems to prevent heat from reaching places which would encounter damage from it such as heat-sensitive components, often referred to as Exhaust Heat Management.

For jet propulsion internal combustion engines, the ‘exhaust system’ takes the form of a high velocity nozzle, which generates thrust for the engine and forms a collimated jet of gas that gives the engine its name.

Cooling systems[edit]

Combustion generates a great deal of heat, and some of this transfers to the walls of the engine. Failure will occur if the body of the engine is allowed to reach too high a temperature; either the engine will physically fail, or any lubricants used will degrade to the point that they no longer protect the engine. The lubricants must be clean as dirty lubricants may lead to over formation of sludge in the engines.

Cooling systems usually employ air (air-cooled) or liquid (usually water) cooling, while some very hot engines using radiative cooling (especially some rocket engines). Some high-altitude rocket engines use ablative cooling, where the walls gradually erode in a controlled fashion. Rockets in particular can use regenerative cooling, which uses the fuel to cool the solid parts of the engine.

Piston[edit]

A piston is a component of reciprocating engines. It is located in a cylinder and is made gas-tight by piston rings. Its purpose is to transfer force from expanding gas in the cylinder to the crankshaft via a piston rod and/or connecting rod. In two-stroke engines the piston also acts as a valve by covering and uncovering ports in the cylinder wall.

Propelling nozzle[edit]

For jet engine forms of internal combustion engines, a propelling nozzle is present. This takes the high temperature, high pressure exhaust and expands and cools it. The exhaust leaves the nozzle going at much higher speed and provides thrust, as well as constricting the flow from the engine and raising the pressure in the rest of the engine, giving greater thrust for the exhaust mass that exits.

Crankshaft[edit]

Most reciprocating internal combustion engines end up turning a shaft. This means that the linear motion of a piston must be converted into rotation. This is typically achieved by a crankshaft.

Flywheels[edit]

The flywheel is a disk or wheel attached to the crank, forming an inertial mass that stores rotational energy. In engines with only a single cylinder the flywheel is essential to carry energy over from the power stroke into a subsequent compression stroke. Flywheels are present in most reciprocating engines to smooth out the power delivery over each rotation of the crank and in most automotive engines also mount a gear ring for a starter. The rotational inertia of the flywheel also allows a much slower minimum unloaded speed and also improves the smoothness at idle. The flywheel may also perform a part of the balancing of the system and so by itself be out of balance, although most engines will use a neutral balance for the flywheel, enabling it to be balanced in a separate operation. The flywheel is also used as a mounting for the clutch or a torque converter in most automotive applications.

Starter systems[edit]

All internal combustion engines require some form of system to get them into operation. Most piston engines use a starter motor powered by the same battery as runs the rest of the electric systems. Large jet engines and gas turbines are started with a compressed air motor that is geared to one of the engine’s driveshafts. Compressed air can be supplied from another engine, a unit on the ground or by the aircraft’s APU. Small internal combustion engines are often started by pull cords. Motorcycles of all sizes were traditionally kick-started, though all but the smallest are now electric-start. Large stationary and marine engines may be started by the timed injection of compressed air into the cylinders — or occasionally with cartridges. Jump starting refers to assistance from another battery (typically when the fitted battery is discharged), while bump starting refers to an alternative method of starting by the application of some external force, e.g. rolling down a hill.

Heat shielding systems[edit]

These systems often work in combination with engine cooling and exhaust systems. Heat shielding is necessary to prevent engine heat from damaging heat-sensitive components. The majority of older cars use simple steel heat shielding to reduce thermal radiation and convection. It is now most common for modern cars are to use aluminium heat shielding which has a lower density, can be easily formed and does not corrode in the same way as steel. Higher performance vehicles are beginning to use ceramic heat shielding as this can withstand far higher temperatures as well as further reductions in heat transfer.

Lubrication systems[edit]

Internal combustions engines require lubrication in operation that moving parts slide smoothly over each other. Insufficient lubrication subjects the parts of the engine to metal-to-metal contact, friction, heat build-up, rapid wear often culminating in parts becoming friction welded together e.g. pistons in their cylinders. Big end bearings seizing up will sometimes lead to a connecting rod breaking and poking out through the crankcase.

Several different types of lubrication systems are used. Simple two-stroke engines are lubricated by oil mixed into the fuel or injected into the induction stream as a spray. Early slow-speed stationary and marine engines were lubricated by gravity from small chambers similar to those used on steam engines at the time — with an engine tender refilling these as needed. As engines were adapted for automotive and aircraft use, the need for a high power-to-weight ratio led to increased speeds, higher temperatures, and greater pressure on bearings which in turn required pressure-lubrication for crank bearings and connecting-rod journals. This was provided either by a direct lubrication from a pump, or indirectly by a jet of oil directed at pickup cups on the connecting rod ends which had the advantage of providing higher pressures as the engine speed increased.

Control systems[edit]

Most engines require one or more systems to start and shut down the engine and to control parameters such as the power, speed, torque, pollution, combustion temperature, and efficiency and to stabilise the engine from modes of operation that may induce self-damage such as pre-ignition. Such systems may be referred to as engine control units.

Many control systems today are digital, and are frequently termed FADEC (Full Authority Digital Electronic Control) systems.

Diagnostic systems[edit]

Engine On Board Diagnostics (also known as OBD) is a computerized system that allows for electronic diagnosis of a vehicles’ powerplant. The first generation, known as OBD1, was introduced 10 years after the U.S. Congress passed the Clean Air Act in 1970 as a way to monitor a vehicles’ fuel injection system. OBD2, the second generation of computerized on-board diagnostics, was codified and recommended by the California Air Resource Board in 1994 and became mandatory equipment aboard all vehicles sold in the United States as of 1996.Also done in all cars.

See also[edit]

• jet engine
• piston engine

References[edit]

External links[edit]

• Components of an internal combustion engine

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

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

Базовые части двигателя

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

Блок 

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

Иногда можно встретиться с термином «блок», иногда – с терминами «блок двигателя», «блок цилиндров». Всё это одно и тоже.
Блок двигателя берёт на себя серьёзные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть предельно высок. Огромное внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки.

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

Цилиндр 

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

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

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

Цилиндр играет роль направляющего для поршня.

Поршень, поршневые кольца и шатун

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

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

Среди задач поршня:

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

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

Коленчатый вал 

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

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

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

Несколько важных терминов, касающихся устройства двигателя автомобиля

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

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

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

Автомобильные двигатели

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

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

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

Циклы двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

Обратите внимание на нашу программу для специалистов автосервиса Диагностика, обслуживание и ремонт автомобилей. Она актуальна для обучения мастеров по ремонту и обслуживанию автомобилей, а также специалистов, которые будут заниматься техническим обслуживанием и ремонтом двигателей, систем и агрегатов.

Являясь интегратором LMS Sensys, оперативно решим проблемы не просто с запуском отдельной программы, но и внедрением учебного портала. Обратите внимание, что мы ценим время каждого нашего клиента, и поэтому понимаем, насколько важна ценность и возможность использования LMS cразу в качестве учебного портала.

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

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

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

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

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

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

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

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

Машина едет за счёт вращения колёс, имеющих сцепление с дорогой. Колёса вращаются за счёт трансмиссии, передающей на них крутящий момент от двигателя. А вот этот самый крутящий момент является продуктом преобразования энергии сжигания топлива в механическую работу, для чего собственно и предназначен двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

В славное семейство ДВС входят роторные, газотурбинные и поршневые двигатели. Именно последние находятся под капотом львиной доли автомобилей для частной и коммерческой эксплуатации. О них и поговорим и рассмотрим схемы в разрезе далее.

Устройство двигателя

Итак, поршневой ДВС является сердцем большинства современных легковушек и включает в себя обязательный джентльменский набор из корпуса, двух механизмов и семи систем. Посмотрите одну из схем устройства двигателя в разрезе:

Корпус связывает в единое целое головку блока цилиндров, в которой находятся основные элементы газораспределительного механизма (ГРМ). Функция ГРМ — обеспечивать своевременную подачу топливо-воздушной смеси (воздуха) и отвод отработанных газов. ГРМ приводится в действие посредством цепи или ремня от зубчатого венца маховика коленвала, являющегося частью кривошипно-шатунного механизма, преобразующего возвратно-поступательные движения поршней в тот самый крутящий момент, который снимается с коленчатого вала и через трансмиссию передается колёсам.

Системы Двигателя (ДВС) на схеме в разрезе

• Впускная. Горючее не сможет воспламениться без доступа кислорода, и именно впускная система обеспечивает забор, фильтрацию и подачу в нужном объёме воздуха в двигатель.
• Топливная обеспечивает питание мотора. Для современных двигателей в качестве горючего используются бензин, ДТ, биотопливо, водород, как перспективное топливо, сводящее к минимуму отрицательное воздействие на окружающую среду.
• Зажигание обеспечивает воспламенение рабочей смеси. В дизельных двигателях происходит её самовоспламенение.
• Смазка для циркуляции моторного масла, снижающего трение между движущимися частями, создающего защитные плёнки на рабочих поверхностях и нивелирующего негативные эффекты от металлической микро стружки, продуктов сгорания и других вредных факторов работы мотора.
• Охлаждение. Наиболее распространённым является охлаждение ДВС путём принудительной циркуляции антифризов, на худой конец — воды. Есть примеры и воздушного охлаждения мотора, такие как канувший в лету “Запорожец” и широко известный в узких кругах “Porsche 911”.
• Выпускная система отводит от двигателя продукты сгорания, их частичную нейтрализацию и выброс в атмосферу.
• Управление двигателем — это совокупность датчиков и электронных элементов управления остальными системами, завязанная в современных машинах на бортовой компьютер.

Как выглядит схема ДВС в разрезе:

Как работает двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Воспламенения рабочей смеси, состоящей из топлива, воздуха и остатков отработанных газов, происходит в момент максимального верхнего положения поршня, чем достигается наивысшая степень сжатия смеси. Тепловое расширение сгорающих газов толкает поршень вниз, что приводит к вращению коленчатого вала. Двум оборотам коленчатого вала, в четырёхтактном двигателе, соответствуют четыре этапа работы поршня в цилиндре. Для лучшего понимания, рассмотрите еще одну схему ДВС в разрезе:

Как видите на схеме в разрезе показаны: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Подробнее об этом далее.

• Впуск. Поршень идёт вниз. Топливно-воздушная смесь — это продукт совместной деятельности топливной и выпускной систем. В бензиновых двигателях с центральным и распределённым впрыском она образуется во впускном коллекторе. В бензиновых моторах с непосредственным впрыском и в дизелях, данная смесь образуется непосредственно в камере сгорания.
• Сжатие. Ход вверх. При закрытых впускных клапанах происходит смешивание и сжатие смеси до максимальных значений. Апофеозом этого процесса является принудительное или самовоспламенение смеси, знаменующее начало третьего такта.
• Рабочий ход. Поршень идёт вниз. Двигаясь к своей нижней точке, в паре с шатуном передают энергию расширения горящих газов коленвалу.
• Выпуск. Поршень идёт вверх. Через открывающиеся выпускные клапаны ГРМ, отработанные газы отводятся в выпускную систему, где глушатся, охлаждаются и очищаются перед выбросом в окружающую среду.

Стабильная, равномерная работа мотора достигается тем, что цилиндры не совпадают по фазам. Пока один цилиндр совершает полезную работу, в других идут подготовительные циклы, поэтому КПД двигателей внутреннего сгорания не высок (около 40%). Для повышения КПД ДВС и снижения вредных выбросов моторы турбируют, совершенствуют электронное управление рабочим циклом, делая более полным и эффективным сгорание топлива.

Схема цилиндра ДВС в разрезе:

Несколько важных моментов, связанных с устройством ДВС

При всём совершенстве современной электроники, на неё не стоит полагаться на все сто. Знание устройства и принципа работы мотора поможет даже новичку вовремя заметить тревожные симптомы, а значит избежать неприятных последствий поломок и затрат на их ликвидацию. О важности именно ручного контроля уровня масла в картере мы уже неоднократно писали в материалах.

На что ещё нужно обращать внимание?

Не так уж редки случаи растяжения цепи или разрыва приводного ремня ГРМ, особенно у авто с вторичного рынка. Последствия разрыва ремня ГРМ особенно печальны и дороги в устранении. Стоит следить за физическим состоянием ремня, и при появлении бахромы и других визуально определяемых следов его износа, менять на новый без всяких колебаний. Ослабление ремня или цепи привода ГРМ, проявляется в виде свистящих и гремящих звуков, а также определяется тактильно. Неполадки в головке блока цилиндров могут проявлять себя “пением сверчков” кулачкового привода клапанов. Полезно также следить за напором и характером выхлопных газов. Слегка прерывистый напор, с ритмичным чередованием усилений и ослаблений выхлопа, свидетельствует о нормальном рабочем цикле двигателя. Ослабленный и равномерный выхлоп, или “выстрелы” из выхлопной трубы, а также наличие в газах сажи, струйки топлива, и особенно — тосола, является показанием для вызова эвакуатора и скорейшего визита на СТО. Есть ряд ситуаций, когда допустима буксировка автомобиля или можно дотянуть до мастера своим ходом, но новичку не всегда просто определиться с предварительным диагнозом, поэтому лучше не рисковать. Деньги, уплаченные за эвакуацию — ничто, по сравнению с затратами на капитальный ремонт двигателя, или лечение “клина” в автоматических коробках передач.

Итак, мы рассказали и показали разные схемы двигателя в разрезе, надеемся, что информация была вам полезна. Здоровья вам и вашему автомобилю. Удачи на дорогах.

Анатомия

двигателя

Двигатель современного авто — это настоящее произведение искусства. Над его созданием десятками лет трудились учёные, инженеры и изобретатели. Вместе с компанией ЛУКОЙЛ рассказываем об эволюции моторов: посмотрите, как работает главный орган вашей машины.

01

От бензина
до электричества: как
появились и развивались двигатели легковых авто

Моторы современных автомобилей различаются по количеству и расположению цилиндров, мощности, способу образования рабочей смеси и десяткам других параметров, но главное их отличие — это вид топлива. Наиболее массовыми по-прежнему остаются бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания, но быстрыми темпами развиваются более передовые и экологичные электрокары. Кроме того, есть машины с гибридными двигателями, где ДВС работает в паре с электромотором.

Какими бывают
двигатели легковых
автомобилей

В двигателях этого типа в качестве топлива применяется бензин с различным октановым числом. Он смешивается с воздухом и принудительно воспламеняется в камере сгорания электрической искрой от свечи зажигания. За счёт высокой мощности, экономичности, низкого шума и относительно небольшой массы такие двигатели стали самыми распространёнными у легковых автомобилей.

Дизельные моторы во многом похожи на бензиновые, но отличаются способом поджига рабочей смеси. В дизеле она воспламеняется не от искры, а от разогретого при сжатии внутри камеры сгорания воздуха. Это позволяет добиться большей эффективности двигателя и высокого крутящего момента. Правда, из-за высоких нагрузок все детали дизеля приходится делать прочнее, поэтому они имеют большую массу, а во время работы такие двигатели издают больше шума.

Переходным звеном между машинами с традиционными двигателем внутреннего сгорания и электрокарами стали автомобили с гибридной силовой установкой. В дополнение к ДВС они оснащены электродвигателями, а также аккумуляторами и генераторами. Последние позволяют накапливать энергию во время торможения и использовать для движения на электрической тяге. Такой подход сокращает расход топлива и вредные выбросы.

Современные электрокары используют в качестве привода один или несколько тяговых электродвигателей, которые работают от встроенных аккумуляторов. Благодаря передаче крутящего момента сразу на трансмиссию электромобили отличаются хорошей динамикой разгона и не уступают в максимальной скорости обычным легковушкам с двигателями внутреннего сгорания. Слабое место электрокаров — не самый большой запас хода, который значительно снижается на холоде и морозе.

Ни один современный двигатель не способен работать без смазки — для этого ему необходимо качественное моторное масло. Правильно подобранные смазочные материалы продлевают срок службы двигателя и влияют на плавность его работы, а также динамику и расход топлива.

Синтетические моторные масла для легковых автомобилей линейки LUKOIL GENESIS разработаны с применением инновационной технологии DuraMax^®. Бензин и дизель, внедорожник и спорткар — для каждой машины среди этих смазочных материалов есть подходящее решение.

Посмотреть всю линейку

Как менялись
автомобильные
двигатели

Привычный нам облик и функции двигатели легковых машин получили далеко не сразу. Они прошли долгий путь развития, претерпев множество изменений и улучшений благодаря талантливым изобретателям и инженерам.

02

Проверьте, что вы
знаете о самых крутых
двигателях в истории

1 Вопрос

Двигатель с каким максимальным количеством

цилиндров устанавливался на серийных легковых авто?

04

Как работает «сердце»
автомобиля

Система смазки жизненно необходима для бесперебойного

функционирования двигателя. Без неё мотор моментально перегреется

и заклинит. Смазка снижает трение между точно подогнанными

сопряжениями узлов, дополнительно охлаждая детали, вычищая нагар

и образовавшуюся металлическую стружку, а также защищая внутренние

компоненты от коррозии.

Для стабильной работы двигателю необходима поддержка — её и  обеспечивает система смазки. Главную роль здесь играет масло — без него мотор продержится считаные минуты. Масла линейки LUKOIL GENESIS обладают высокими защитными свойствами: они предотвращают образование отложений на деталях двигателя и обеспечивают защиту элементов от износа даже в условиях высоких нагрузок, а низкая вязкость позволяет сократить расход топлива.

Оптимальный вариант найдётся и для бензиновых, и для дизельных двигателей. Так, масло LUKOIL GENESIS  ARMORTECH 5W-40 подходит для европейских автомобилей, GENESIS ARMORTECH JP 0W-20 — отличный вариант для «японцев», а моторное масло GENESIS RACING 5W-50 создано для спортивных автомобилей и обеспечивает надёжную защиту даже в самых экстремальных условиях эксплуатации.

Выбрать моторное масло

Многие современные автовладельцы не имеют никакого представления о том, как устроен двигатель их автомобиля. В принципе, если ваш автомобиль регулярно проходит необходимое техническое обслуживание, высока вероятность того, что вам никогда не придется заглядывать под капот, разве что для заливки стеклоомывающей жидкости.

Но понимание базовых принципов устройства автомобильного двигателя всегда будет полезным. Во-первых, это поможет вам правильно эксплуатировать автомобиль и сэкономит ваши деньги на ремонтах, которые могут случиться, если двигатель автомобиля эксплуатируется в ненадлежащем режиме. Во-вторых, никто не застрахован от непредвиденных поломок и неисправностей, которые могут произойти там, где помощь автомастера будет недоступна. В-третьих, недобросовестные автомастера и механики по ремонту автомобилей могут использовать в корыстных целях техническую неграмотность своих клиентов. Знание основных узлов автодвигателя и их функций поможет вам избежать таких ситуаций.

Основные узлы автомобильного двигателя внутреннего сгорания

Работа практически всех автомобильных двигателей (мы не берем в расчет двигатели электромобилей и редких экспериментальных моделей) основана на преобразовании тепловой энергии топлива, сгорающего в рабочих цилиндрах двигателя, в энергию движения поршней. Движение поршней через кривошипно-шатунный механизм передается на коленчатый вал (коленвал), а от него – на колесные валы.

Соответственно, в автомобильном двигателе внутреннего сгорания можно выделить следующие основные узлы:

Блок цилиндров (обычно отливается одной деталью вместе с картером – кожухом-резервуаром для моторного масла, в полости которого скрыт коленвал). В современных автомобильных двигателях число цилиндров обычно четное – 4, 6, 8, 12. Двухцилиндровые двигатели используются в мотоциклах. В последнее время европейские автопроизводители (BMW, Peugeuot) экспериментируют с экономичными 3-цилиндровыми двигателями.

• Поршневая группа: поршни, поршневые уплотнительные и маслосъемные кольца, пальцы, шатуны
• Коленчатый вал с подшипниками, балансирными валами и маховиком двигателя – эта система передает движение поршней коробке передач автомобильного двигателя
• Головка блока цилиндров – накрывает блок цилиндров, служит для подачи топлива, искры зажигания, охлаждающих и смазывающих жидкостей.

В головке блока цилиндров находится ряд важных узлов и механизмов, регулирующих и контролирующих работу двигателя, таких как:

• клапаны впуска топлива и выпуска отработавших газов
• свечи зажигания (в бензиновых моторах)
• топливные форсунки (в дизельных моторах)
• распределительный вал или распредвал

Бензиновые, дизельные и газовые двигатели автомобилей

В качестве топлива в автомобильных двигателях может применяться бензин, дизельное топливо и газ.

Бензиновые двигатели наиболее распространены в автомобилях. Сгорание топлива в них инициируется электрической искрой. При прочих равных условиях бензиновые двигатели обеспечивают наибольшую мощность и экологичность. В их конструкции присутствует так называемая дроссельная заслонка, регулирующая подачу топливно-воздушной смеси в двигатель и, таким образом, управляющая его мощностью.

Дизельные двигатели – популярны за счет своей экономичности. При прочих равных условиях они потребляют меньше топлива, чем бензиновые или газовые, и при этом имеют более высокий КПД. Практически все грузовые автомобили оснащаются дизелями. В Европе дизельные двигатели очень активно используются и в легковом автомобилестроении. Более 50% новых европейских легковых автомобилей – дизельные.

Воспламенение дизельного топлива в двигателе автомобиля происходит самопроизвольно – за счет высокого давления в камере сгорания. Соответственно, в дизельных двигателях нет системы зажигания, зато есть сложная система впрыска топлива. Регулирование мощностью дизельного двигателя осуществляется изменением состава топливной смеси, что предъявляет повышенные требования к качеству топлива.

Газовые двигатели – используют для своей работы сжатый природный газ (метан), или сжиженный нефтяной газ (пропан-бутановую смесь). По своей конструкции эти двигатели отличаются от бензиновых и дизельных наличием специальной системы подачи газового топлива – газобаллонным оборудованием (ГБО). Газовые двигатели приобретают все большую популярность за счет дешевизны топлива (расходы на приобретения топлива падают в разы).

ГБО может устанавливаться на автомобиль еще на заводе. Также ГБО может быть установлено на практически любой подержанный автомобиль. Распространение газовых двигателей сдерживается отсутствием достаточного количества заправочных станций, достаточно существенной стоимостью ГБО и работ по его установке, а также спецификой эксплуатации автомобилей с двигателями такого типа.