Детали автомобиля двигателя – Принцип работы и устройство двигателя автомобиля. Техническое обслуживание двигателя автомобиля :: SYL.ru

Содержание

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания (18

Для того, чтобы понять принцип работы двигателя, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:
Смотрите также: Вся правда о полном приводе


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

Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.


Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.

Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт — такт впуска


Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.


Второй такт — такт сжатия


Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.


Третий такт — рабочий ход


Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.

После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.


Четвертый такт — такт выпуска


Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.


После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Газораспределительный механизм


Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.

Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.


Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).

С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.


Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.
Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.

Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.


Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.

Кривошипно-шатунный механизм


Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.




Устройство КШМ
Поршень


Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.


Шатун


Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.


Коленчатый вал


Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в получении усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.


Маховик


Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.


Блок и головка цилиндров


Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.


В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.
Источник: autoustroistvo.ru

Принцип работы и устройство двигателя автомобиля. Техническое обслуживание двигателя автомобиля :: SYL.ru

Большинство водителей понятия не имеют, каким является устройство двигателя автомобиля. А знать это необходимо, ведь не зря при обучении во многих автошколах ученикам рассказывают принцип работы ДВС. Иметь представление о работе двигателя должен каждый водитель, ведь эти знания могут пригодиться в дороге.

устройство двигателя автомобиля

Конечно, существуют разные типы и марки двигателей автомобилей, работа которых отличается между собой в мелочах (системы впрыскивания топлива, расположение цилиндров и т. д.). Однако основной принцип для всех типов ДВС остается неизменным.

Устройство ДВС всегда уместно рассматривать на примере работы одного цилиндра. Хотя чаще всего легковые автомобили имеют 4, 6, 8 цилиндров. В любом случае, главная деталь мотора – это цилиндр. В нем располагается поршень, который может двигаться вверх-вниз. При этом существуют 2 границы его передвижения – верхняя и нижняя. Профессионалы их называют ВМТ и НМТ (верхняя и нижняя мертвые точки).

Сам поршень соединен с шатуном, а шатун – с коленчатым валом. При движении поршня вверх-вниз шатун передает нагрузку на коленчатый вал, и тот вращается. Нагрузки от вала передаются на колеса, в результате чего автомобиль начинает движение.

как работает двигатель

Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой этого сложного механизма. Делается это с помощью бензина, дизельного топлива или газа. Капля топлива, воспламеняющаяся в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение. Затем поршень по инерции возвращается в верхнюю границу, где снова происходит взрыв бензина и такой цикл повторяется постоянно, пока водитель не заглушит мотор.

Так выглядит устройство двигателя автомобиля. Однако это лишь теория. Давайте рассмотрим более детально циклы работы мотора.

Четырехтактный цикл

Практически все двигатели работают по 4-тактному циклу:

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

Схема

Ниже на рисунке показана типичная схема устройства двигателя автомобиля (одного цилиндра).

двигатели автомобилей ваз

На этой схеме четко показаны основные элементы:

A – Распределительный вал.

B – Крышка клапанов.

C – Выпускной клапан, через который отводятся газы из камеры сгорания.

D – Выхлопное отверстие.

E – Головка цилиндра.

F – Полость для охлаждающей жидкости. Чаще всего там находится антифриз, который охлаждает нагревающийся корпус мотора.

G – Блок мотора.

H – Маслосборник.

I – Поддон, куда стекает все масло.

J – Свеча зажигания, образующая искру для поджога топливной смеси.

K – Впускной клапан, через который в камеру сгорания попадает топливная смесь.

L – Впускное отверстие.

M – Поршень, который движется вверх-вниз.

N – Шатун, соединенный с поршнем. Это основной элемент, который передает усилие на коленчатый вал и трансформирует линейное движение (вверх-вниз) во вращательное.

O – Подшипник шатуна.

P – Коленчатый вал. Он вращается за счет движения поршня.

Также стоит выделить такой элемент, как поршневые кольца (их еще называют маслосъемными кольцами). Их нет на рисунке, однако они являются важной составляющей системы двигателя автомобиля. Данные кольца огибают поршень и создают максимальное уплотнение между стенками цилиндра и поршня. Они предотвращают попадание топлива в масляный поддон и масла в камеру сгорания. Большинство старых двигателей автомобилей ВАЗ и даже моторы европейских производителей имеют изношенные кольца, которые не создают эффективное уплотнение между поршнем и цилиндром, из-за чего масло может попадать в камеру сгорания. В такой ситуации будет наблюдаться повышенный расход бензина и «жор» масла.

системы двигателя автомобиляЭто основные элементы конструкции, которые имеют место во всех двигателях внутреннего сгорания. На самом деле элементов намного больше, но тонкостей мы касаться не будем.

Как работает двигатель?

Начнем с начального положения поршня – он находится вверху. В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. При этом всего лишь небольшая капля бензина поступает в емкость цилиндра. Это первый такт работы.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки, при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, в результате чего топливная смесь сжимается, так как ей в закрытой камере некуда деваться. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

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

марки двигателей автомобилей

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

В результате взрыва бензина поршень движется вниз и толкает коленчатый вал. Тот раскручивается и передает нагрузки на колеса автомобиля. Именно так и выглядит устройство двигателя автомобиля.

техническое обслуживание двигателя автомобиля

Отличие в бензиновых моторах

Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч – элемента, который поджигает топливо. Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. То есть на третьем цикле поршень поднимается вверх, сильно сжимает топливную смесь, и та взрывается естественным образом под действием давления.

Альтернатива ДВС

Отметим, что в последнее время на рынке появляются электрокары – автомобили с электрическими двигателями. Там принцип работы мотора совершенно другой, т. к. источником энергии является не бензин, а электричество в аккумуляторных батареях. Но пока что автомобильный рынок принадлежит автомобилям с ДВС, а электрические двигатели не могут похвастаться высокой эффективностью.

Несколько слов в заключение

Такое устройство ДВС является практически совершенным. Но с каждым годом разрабатываются новые технологии, повышающие КПД работы мотора, осуществляется улучшение характеристик бензина. При правильном техническом обслуживании двигателя автомобиля он может работать десятилетиями. Некоторые успешные моторы японских и немецких концернов «пробегают» миллион километров и приходят в негодность исключительно из-за механического устаревания деталей и пар трения. Но многие двигатели даже после миллионного пробега успешно проходят капремонт и продолжают выполнять свое прямое предназначение.

ЗА РУЛЕМ, №3, 1928 год. УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ



ЗА РУЛЕМ, №3, 1928 год. УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ

«За рулем», №3, июнь 1928 год, стр. 19-23

Проф. Е. ЧУДАКОВ

Статья вторая
Рабочий процесс автомобильного двигателя

1. Основные детали двигателя

В № 2 журнала «За Рулем», в нашей первой статье был дан перечень основных механизмов автомобиля и определено их назначение; дальше в отдельных статьях мы рассмотрим вопрос о том, как работают эти механизмы, из каких частей они состоят и что требуется для правильного их действия.

В первую очередь мы рассмотрим автомобильный двигатель, являющийся источником движущей силы автомобиля.

Автомобильный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине или еще на каком нибудь легко испаряющемся топливе. Двигателем внутреннего сгорания называется такой двигатель, у которого сгорание топлива происходит внутри его рабочего цилиндра; в отличие от этого у паровых машин сгорание топлива производится под паровым котлом, и уже полученный в котле пар поступает в рабочие цилиндры машины.

Фиг. 1.
А — Цилиндры двигателя
Г — Картер двигателя
Д — Коленчатый вал
Д1 — Маховик
К — Свечи
М — Карбюратор
П — Вентилятор
С — Магнето
Т — Водяной насос
У — Подвод холодной воды
Ф — Отвод горячей воды
Ц — Труба для отходящих газов

На фиг. 1 представлен общий вид автомобильного двигателя с правой и с левой сторон и дан перечень основных его деталей.

На фиг. 2 дан схематический рисунок поперечного разреза автомобильного двигателя с указанием лишь основных, наиболее существенных его деталей:

  • А — цилиндр.
  • Б — шатун.
  • В — поршень, «в» — поршневый палец.
  • Г — картер.
  • Д — коленчатый вал.
  • Е — цилиндрическая шестерня, укрепленная на коленчатом валу А.
  • Е1 и Е2 — цилиндрические шестерни, укрепленные на кулачковых валиках Ж.
  • Ж1 и Ж2 — кулачковые валики.
  • З1 и З2 — толкатели.
  • И1 и И2 — клапаны.
  • Л — клапанные пружины.
  • М — карбюратор.
  • К — электрическая свеча для зажигания рабочей смеси в цилиндре двигателя.

Коленчатый вал четырехцилиндрового двигателя совместно с укрепленными на нем шатунами и поршнями представлен отдельно на фиг. 3. Круглые точеные части коленчатого вала, за которые хватаются шатуны, называются шатунными шейками; круглые точеные части «е» коленчатого вала, лежащие в подшипниках картера, называются коренными шейками; плоские части Д, соединяющие шатунные шейки с коренными, носят название щек коленчатого вала.

Шатун Б, общий вид которого дан на фиг. 4, имеет две головки, представляющие собой подшипники; верхняя — целая — охватывает поршневый палец, показанный сверху отдельно, а нижняя — раз’емная — шатунную шейку коленчатого вала. Таким образом, шатун подвижно соединяет между собой поршень и коленчатый вал.

Фиг. 2.

Поршень представляет собой цилиндрическое тело, на которое непосредственно действуют газы в цилиндре двигателя; для того, чтобы газы, находящиеся под большим давлением, не утекали через зазор между поршнем и цилиндром, на поршень надеваются специальные пружинящие кольца, которые все время плотно прижимаются к стенкам цилиндра; на фиг. 3 дан общий вид поршня, а на фиг. 5 дан разрез через поршень, где видно соединение поршня с поршневым пальцем «в». Последний устанавливается в соответствующих выступах поршня, называемых поршневыми шашками.

Цилиндр двигателя представляет собою деталь, в которой происходит сгорание горючей смеси топлива и воздуха. Так как при этом сгорании получается очень высокая температура, могущая вредно отозваться на цилиндре, то почти во всех автомобильных двигателях цилиндры имеют водяное охлаждение. Для этой цели, как это видно из фиг. 2, цилиндр в своей верхней части — головке — имеет двойную стенку, внутри которой циркулирует вода. Наружная стенка цилиндра носит название водяной рубашки.

На фиг. 1 был дан общий вид блока четырехцилиндрового двигателя, имеющего общую водяную рубашку. Верхняя часть цилиндров носит название головки или крышки, внутренняя же его полость, где установлены клапана и электрическая свеча, называется камерой сгорания, так как здесь происходит воспламенение и горение рабочей смеси.

Цилиндры двигателя крепятся болтами на картере, устройство которого выясняется из фиг. 1 и 2. Картер представляет собой раз’емную коробку, посредине которой расположен коленчатый вал, и на который помимо цилиндров двигателя крепятся механизмы по обслуживанию двигателя, как-то: приборы зажигания, охлаждения и смазки двигателя.

Поршень движется в цилиндре вверх и вниз вдоль его оси, коленчатый вал вращается и своих подшипинках; благодаря соединению их шатуном, усилие от поршня передается коленчатому валу. Таким образом, части: цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал и картер образуют так называемый кривошипный механизм двигателя, служащий для изменения прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Фиг. 3.

Клапаны двигателя И служат для впуска в цилиндр свежего газа и выпуска из него сгоревшего. Как это видно из фиг. 2, клапаны поднимаются при помощи толкателей З, которые в свою очередь приводятся в движение при помощи кулачковых валиков Ж, связанных с коленчатым валом цилиндрическими шерстернями Е. Шестерни Е располагаются с переднего конца двигателя, как это показано на фиг. 6. Кулачковый вал имеет на некоторой части своей окружности выступы «к», которые при определенном положении этого валика заставляют толкатели З приподниматься, открывая тем самым клапаны. При вращении кулачкового валика эти выступы будут регулярно подходить к толкателям и таким образом осуществится регулярное поднимание клапанов. Кулачковый вал производит только под’ем клапана, а посадка его на место совершается при помощи цилиндрической пружины, обозначенной на фиг. 2 буквой Л.

В различных конструкциях двигателя применяется разное расположение клапанов, и число кулачковых валиков чаще равняется одному, как это, например, представлено на фиг. 6. На фигуре же 2 дана схема менее употребительной конструкции с двумя кулачковыми валами и с клапанами, расположенными по обе стороны цилиндра, для того чтобы с большей ясностью представить себе действие всего механизма.

Фиг. 4.

На фиг. 6 представлен общий вид клапанного механизма четырехцилиндрового двигателя, из которого видно устройство его деталей. Весь клапанный механизм, включая шерстерни Е, кулачковые валики Ж, толкатели З и клапаны Е1, Е2 носит название распределения двигателя.

В автомобильном двигателе для получения от него полезной работы сжигается смесь паров бензина (или какого-либо другого соответствующего топлива) и воздуха.

Для того, чтобы эта смесь, будучи воспламенена электрической искрой, сгорала хорошо, она должна быть правильно приготовлена, а именно:

  1. Соотношение количества бензина и воздуха должно быть определенным: примерно 15 кг воздуха на на 1 кг бензина.
  2. Бензин должен по возможности весь испариться и хорошо смешаться с воздухом.

Для осуществления этой задачи в автомобильном двигателе служит особый прибор, называемый карбюратором, который на фиг. 2 обозначен буквой М.

Фиг. 5.

К карбюратору М по отдельной трубке из бака подводится бензин, который внутри карбюратора и должен быть распылен и хорошо смешан с воздухом в надлежащей пропорции. Для лучшего перемешивания бензина с воздухом первый по тонкой трубке подводится к суженному сечению карбюратора, как это видно из фиг. 2; здесь, благодаря большой скорости воздуха, бензин высасывается из трубки, распыливается и хорошо смешивается с воздухом. Наиболее употребительные типы карбюраторов мы рассмотрим далее в отдельной статье.

Воспламенение горючего газа в цилиндре двигателя производится при помощи электрической искры, получающейся в свече К (фиг. 1 и 2) при пропускании через нее электрического тока высокого напряжения.

На фиг. 7 представлена отдельно такая свеча. Ток подводится к штифту «а», изолированному от других деталей свечи при помощи фарфорового изолятора «Б». Далее ток со штифта «а» проскакивает через контакты «в» к телу свечи «г», образуя между контактами электрическую искру.

Фиг. 6.

Ток для зажигания получается при помощи специального прибора, называемого магнето высокого напряжения, общий вид которого дан был на фиг. 1, а детальное описание которого будет приведено при рассмотрении вопроса о зажигании в автомобильных двигателях.

Как уже сказано было выше, для предупреждения перегрева цилиндра он охлаждается водой. Для того, чтобы эта вода в свою очередь не перегрелась и не начала кипеть, она при помощи специального водяного насоса, укрепленного на картере двигателя, прогоняется как через водяную рубашку двигателя, так и через специальный прибор — радиатор, служащий для охлаждения самой воды. Все механизмы, предназначенные для охлаждения двигателя, носят общее название приборов охлаждения и будут нами рассмотрены ниже.

Фиг. 7.

Наконец, для того, чтобы движущиеся части двигателя имели между собой возможно малое трение и чтобы они не могли «задрать» одна другую, или даже «заесть», между всеми движущимися частями должна быть обеспечена достаточно хорошая смазка. Для этой цели в двигателе служит обычно специальный масляный насос; этот насос через посредство трубок подводит масло к трущимся частям двигателя. Насос и все детали, служащие для смазки двигателя и носящие общее название приборов для смазки двигателя, будут нами рассмотрены в одной из последующих статей.

Таким образом, все механизмы двигателя могут быть подразделены на следующие 6 групп.

  1. Кривошипный механизм.
  2. Распределение.
  3. Карбюрация.
  4. Зажигание.
  5. Охлаждение.
  6. Смазка.

В дальнейшем в отдельных статьях мы порознь рассмотрим каждый из перечисленных механизмов в приведенном выше порядке.

2. Рабочий процесс автомобильного двигателя

Работа в автомобильном двигателе получается за счет сгорания внутри его цилиндров топлива, т.-е. за счет тепла, выделяющегося при этом сгорании.

Вся совокупность явлений, заполнение цилиндра двигателя свежей рабочей смесью, сгорание этой смеси и очищение цилиндра от получившихся продуктов сгорания — носит название рабочего процесса двигателя.

Автомобильный двигатель по своему рабочему процессу представляет собой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Ниже мы рассмотрим, как протекает этот процесс и из каких отдельных явлений он слагается.

На фиг. 8, 9, 10, 11 схематически представлен автомобильный двигатель при четырех различных положениях своих механизмов (поршня, коленчатого вала и клапанов).

Автомобильный двигатель всегда имеет несколько цилиндров (от 2 до 12), но в каждом из цилиндров рабочий процесс протекает совершенно одинаково; поэтому для изучения рабочего процесса двигателя мы рассмотрим все явление, происходящее в одном цилиндре.

Фиг. 8-11

Из фиг. 8 мы видим, что в этот момент при вращении коленчатого вала вправо (или, как говорят, по часовой стрелке) поршень движется вниз и создает в полости цилиндра разрежение; т.-е. давление газа здесь должно получиться меньше атмосферного.

Кулачковый вал Ж1, управляющий всасывающим клапаном, в это время располагается таким образом, что под толкателем проходит кулачок, т.-е. всасывающий клапан в это время открыт. Благодаря этому, внутрь цилиндра через этот клапан начнет засасываться образовавшаяся в карбюраторе смесь бензина и воздуха.

Это явление всасывания свежей смеси будет продолжаться до тех пор, пока поршень не дойдет до своего крайнего нижнего положения; примерно в этот же момент кулачок валика Ж1 повернется настолько, что минует толкатель всасывающего клапана, и последний опустится на свое место, от’единив полость цилиндра от карбюратора и всасывающей трубы.

Все описанное явление всасывання служит для зарядки цилиндра свежей рабочей смесью и представляет собой первый такт рабочего процесса двигателя. За этот первый такт поршень пройдет один свой ход сверху вниз, а коленчатый вал сделает половину оборота.

При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начнет из своего нижнего положения подниматься вверх; такой момент изображен на фиг. 9. При этом оба кулачковых валика находятся в таком положении, что их кулачки не подходят к толкателям клапанов, и последние остаются закрытыми за весь ход поршня вверх. Так как при этом полость цилиндра от’единена от наружного воздуха, а об’ем ее уменьшается, то внутри цилиндра происходит сжатие смеси, засосанной за ход всасывания. К моменту верхнего положения поршня сжатие получается максимальным, и для современного автомобильного двигателя оно равно около 6—6,5 атмосфер. Этот процесс сжатия является вторым тактом рабочего процесса двигателя. Он служит для подготовки смеси к ее воспламенению; как и первый такт, он соответствует одному ходу поршня и половине оборота коленчатого вала.

Когда поршень, двигаясь вверх и сжимая рабочую смесь, подходит к своему верхнему положению, через свечу К пропускается электрическая искра, чем и вызывается воспламенение смеси.

Воспламененная горючая смесь очень быстро (почти мгновенно) сгорает, отчего повышается ее температура и давление. Последнее в современных автомобильных двигателях к концу сгорания достигает 25—30 атмосфер.

Под давлением сгоревших газов поршень движется вниз, как это показано на фиг. 10, с большой силой заставляя повертываться коленчатый вал; так как при этом движении поршня вниз об’ем полости цилиндра увеличивается, то давление газа постепенно падает и к моменту нижнего положения поршня оно равно около 4—5 атмосфер.

Этот процесс расширения сгоревших газов и отдачи их полезной работы на коленчатый вал двигателя является третьим тактом рабочего процесса двигателя. За этот такт оба клапана — И1 и И2 — остаются закрытыми.

Когда поршень будет подходить к своему нижнему положению, кулачковый валик Ж2 повернется настолько, что его кулачок поднимет выпускной клапан И2, и газы, под влиянием имеющегося внутри цилиндра давления, выбрасываются наружу. Далее клапан И2 остается открытым за все движение поршня вверх, и через него за весь этот ход поршня будет выталкиваться из цилиндра сгоревший газ, как это показано на фиг. 11.

Этот процесс очищения цилиндра от сгоревших газов представляет собой четвертый такт рабочего процесса двигателя; он так же, как и предыдущие три такта, занимает одни ход поршня или половину оборота коленчатого вала.

Когда поршень за процесс выталкивания дойдет до своего верхнего положения, выпускной клапан И2 закрывается, так как к этому времени кулачок валика Ж2 пройдет толкатель клапана И2. Кулачок же валика Ж1 к этому моменту подойдут к толкателю всасывающего клапана и откроет последний; затем все явление начнется сначала, и вновь будут чередоваться четыре такта рабочего процесса в той же последовательности — всасывание, сжатие, расширение (или рабочий ход) и выталкивание.

Весь рабочий процесс двигателя, охватывающий четыре указанных такта,протекает за четыре хода поршня, или два оборота коленчатого вала.

За это же время всасывающий и выпускной клапаны открываются по одному разу; то-есть: за 2 оборота коленчатого вала кулачки должны подойти по одному разу к толкателям всасывающего и выпускного клапанов. Отсюда следует, что за 2 оборота коленчатого вала кулачковые валы должны повернуться на 1 оборот. Это достигается тем, что шестерня Е, сидящая на коленчатом валу, вдвое меньше, чем шестерни Е1 и Е2, связанные с кулачковыми валами. При многоцилиндровом двигателе за 2 оборота коленчатого вала в каждом из цилиндров завершится полный рабочий процесс; при этом чередование работы отдельных цилиндров устанавливается таким образом, чтобы вспышки в разных цилиндрах следовали через одинаковые промежутки времени. При таком чередовании вспышек получается наибольшая равномерность работы двигателя.

Мы видели, что за 2 оборота коленчатого вала или за 4 хода поршня в цилиндре автомобильного двигателя получается только один рабочий такт; или, другими словами, из 4-х ходов поршня только за один ход получается от газа полезная работа. Другие три такта: всасывание, сжатие и выталкивание, требуют затраты работы, которая должна покрываться за счет части работы, получаемой в рабочем такте двигателя.

Получив полезную работу от поршня за один его ход, коленчатый вал, продолжая вращаться, должен часть полученной работы отдать обратно поршню, т.-е за три «нерабочих» такта (всасывание, сжатие и выталкивание) усилие передастся не от поршня к коленчатому валу, а наоборот, от последнего к первому. За эти три такта коленчатый вал несколько замедлит скорость своего вращения с тем, чтобы вновь ее поднять за рабочий такт.

Чтобы уменьшить колебания скорости вращения коленчатого вала за рабочий процесс двигателя, на коленчатый вал крепится массивная деталь — маховик, который на фиг. 1 обозначен буквой Д1. Чем тяжелее маховик, тем ровнее получается ход двигателя и тем лучше он работает на тихих оборотах.

При многоцилиндровом двигателе за 2 оборота коленчатого вала в каждом цилиндре будет по одному рабочему ходу, а всего получится столько рабочих ходов, сколько имеется цилиндров.

Здесь полезная работа, получаемая в одном цилиндре, будет итти на покрытие «нерабочих» тактов в других цилиндрах; поэтому, неравномерность хода двигателя получится меньше, и маховик может быть значительно легче. Чем больше цилиндров у двигателя, тем плавнее ход автомобиля; особенно это заметно на тихом ходу.

Проф. Е. Чудаков


Автомобильный двигатель: основные детали и принцип работы  AutoRemka

 

Мотор автомобиля работает на бензине или на каком-либо другом горючем, которое легко воспламеняется. Двигатель машины чаще называют двигателем внутреннего сгорания, так как внутри цилиндра происходит процесс горения топлива.


Детали мотора

 

Коленчатый вал четырехцилиндрового мотора представляет собой круглые точеные элементы, на которых крепятся шатуны и поршни.

Две головки шатуна – это верхний и нижний подшипники, благодаря которым шатун подвижно крепит меж собой коленчатый вал и поршень.

Поршень – это цилиндрическое тело в двигателя, на которое оказывают воздействия действие газы. Специальные пружинящие кольца служат для того, чтобы удержать внутри газы большого давления. Они устанавливаются в выступах поршня, и называются поршневыми шашками.

В цилиндре мотора автомобиля происходит процесс сгорания топлива и воздуха. Следует отметить, что при этом вырабатывается высокая температура, которая довольно вредно воздействует на цилиндр, поэтому автомобильные цилиндры оборудованы водным охладителем. Для данного действия в верхней части цилиндра имеется двойная стенка, по которой циркулирует вода.

Нужно отметить, что цилиндры мотора машины закрепляются болтами на картере, который одновременно является разъемной коробкой, имеющей посередине коленчатый вал. На нем укреплены прибор зажигания, охлаждения и смазки мотора.

Внутри цилиндра поршень двигается вверх и вниз, вдоль оси, при этом коленчатый вал крутится подшипниками; при помощи шатуна, от поршня движение передается к коленчатому валу. Предназначение клапанов мотора состоит в запуске свежего газа в цилиндр и выпуска из него перегоревшего. Поднятие клапанов происходит с помощью толкателей, которые движутся кулачковыми валиками и связанными с коленчатым валом цилиндрическими шестернями.

В моторе машины происходит сжигание смеси паров бензина (или другого горючего) и воздуха. Отметим, что данная смесь воспламеняется электрической искрой, при этом сама смесь должна хорошо сгорать. Число горючего и воздуха должно составлять около 15 кг кислорода на 1 кг топлива, при этом горючее должно полностью испариться и смещаться с воздухом. Для этого в двигателе имеется карбюратор. К нему по особой трубке из бака поступает топливо, которое, в свою очередь, внутри карбюратора распыляется и смешивается с воздухом в четком количестве.

Чтобы элементы мотора имели меж собой малое трение, в моторе имеется специальный масляный насос, с помощью которого масло подается к трущимся деталям.

 

Особенности работы двигателя

 

Итак, мы рассмотрели основные детали двигатели и узнали, что мотор работает за счет внутреннего сгорания горючего в цилиндрах, а также за счет тепла, которое выделяется в процессе этого.

Следовательно, работа двигателя – это общность процессов, а именно: заполнение цилиндра двигателя рабочим раствором, сгорание которого и чистит цилиндр от остатков продуктов сгорания.

Обычно, двигатель машины имеет от двух до двенадцати цилиндров, однако рабочие процессы в них всегда одинаковы. При обороте коленчатого вала вправо, движущийся поршень создает в цилиндре давление газа  меньше внешнего. Вал расположен так, что позволяет под толкателем открывать всасывающий клапан. В цилиндр через клапан засасывается консистенция бензина и воздуха, которая образовалась в карбюраторе.

Процесс всасывания необходим для того, чтобы зарядить цилиндр новой рабочей смесью и является первый шагом к запуску мотора. За этот период поршень сделает один ход, а коленчатый вал пройдет половину оборота.

Вал, вращаясь, приводит поршень из нижнего положения в верхнее, а кулачковые валики не подходят к толкателям клапанов, поэтому они остаются прикрытыми, когда поршень движется вверх. В этот момент полость цилиндра не соприкасается с воздухом и   внутри цилиндра совершается сокращение консистенции.  При верхнем положении поршня сокращение является максимальным, не менее 6—6,5 атмосфер. Это второй шаг рабочего процесса мотора.

Поршень двигается вверх и сжимает рабочую смесь, затем на короткий промежуток времени останавливается в верхнем положении. В этот момент через свечу проходит электрическая искра, которая и воспламеняет смесь. Горючая смесь быстро сгорает, повышая ее температуру и давление до 25—30 атмосфер.

Далее поршень движется вниз под давлением газов, заставляя поворачиваться коленчатый вал. При этом возрастает размер полости цилиндра, и давление газа уменьшается. При нижнем положении поршня давление падает до 4—5 атмосфер.

Процедура расширения перегоревших газов и передачи их на коленчатый вал двигателя считается третьим шагом в работе мотора.

Тогда, когда поршень будет приближаться к нижней точке расположения, кулачковый вал развернется так, что его кулачок поднимет выпускной клапан и газы начнут извергаться вовне. Потом клапан остается раскрытым во время всех движений поршня вверх, через него будет выталкиваться с цилиндра перегоревшее топливо.

Эта процедура очистки цилиндра от перегоревшего топлива является четвертым тактом рабочего хода мотора.

Во время того, как поршень за процедуру выталкивания дойдет до собственного верхнего состояния, выпускной клапан прикрывается, так как кулачок уже минует толкач клапана. Кулачок валика к этому времени дойдет к толкателю всасывающего клапана и приоткроет последний, после чего все процессы начнутся сначала, и будут меняться друг за другом — всасывание, сжатие, расширение и выталкивание.

Тут же клапаны открываются по 1 разу, следовательно, за 2 оборота вала кулачки приблизятся по 1 разу к толкателям всасывающего и выпускного клапанов.

Для того, чтобы снизить колебания скорости оборотов коленчатого вала за рабочий процесс мотора, на коленчатый вал прикрепляется большой элемент — маховик. Чем он массивнее, тем правильнее ход двигателя и тем лучше он работает. В многоцилиндровом моторе за 2 оборота коленчатого вала такое количество рабочих ходов равно количеству цилиндров. Иными словами, чем больше имеется цилиндров у мотора, тем плавнее движется автомобиль.

Устройство двигателя

Кла́пан — это устройство, предназначенное для открытия, закрытия, а также регулирования потока горючей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя и выпуска отработавших газов.

Для нормальной работы четырехтактного двигателя требуется, как минимум, по два клапана на каждый цилиндр — впускной клапан и выпускной клапан. В данный момент широкое распространение получили клапаны тарельчатого типа со стержнем. Для качественного наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается немного больше, чем у выпускного.

 

Из чего изготавливают клапана

Седла клапанов изготавливаются из чугуна или стали, затем запрессовываются в головку блока цилиндров. Клапаны во время работы двигателя подвержены значительным механическим и тепловым нагрузкам, поэтому необходимо подбирать специальный сплав для изготовления детали.

Клапана для высокофорсированных двигателей должны хорошо охлаждаться, поэтому в них применяют клапаны с полым стержнем, с наполнением натрия внутри. При достижении рабочей температуры натрий плавится и начинает перетекать от тарелки клапана, к стержню равномерно распределяя тепло. Для равномерности теплопередачи и уменьшения нагара на фасках клапана применяют механизмы вращения клапана.

 

Виды ГРМ


Существуют следующие виды газораспределительных механизмов: нижнеклапанный ГРМ и верхнеклапанный ГРМ. Сегодня, на современных автомобилях, используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке цилиндров.

Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью клапанной пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную жесткость (оптимальную, чтобы не увеличивать ударную нагрузку на седло клапана) для гарантированного закрытия клапана во время работы.

Чтобы снизить потери на трение в ГРМ применяют ролики, которые установлены на рычагах и толкателях привода клапанов. Применение роликов в клапанном механизме заменяет трение скольжения, на трение качение, что значительно уменьшает потери на привод клапанов.

При открытии впускного клапана проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) наполняя цилиндр двигателя. Чем больше площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, что приводит к повышению выходных показателей цилиндра при рабочем ходе. Для улучшения очистки цилиндров от продуктов сгорания увеличивают диаметр тарелки выпускного клапана. Правда, размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, выполненной в головке цилиндров. Многое также зависит от регулировки клапанов. 

Применение четырех клапанов на цилиндр началось еще в 1912 г. на двигателе автомобиля PeugeotGranPrix. Широкое использование такой схемы в серийном производстве легковых автомобилях началось только в конце 1970-х гг. Сегодня ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей.

Mercedes выпускает двигатели, которые имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана).

Существует практика использования даже 5 клапанов на цилиндр (3 впускных и 2 выпускных). Такой технологией практикует автомобильная группа Volksvagen-Audi, но при этом значительно усложняется привод клапанного механизма.

Автомобильный словарь для начинающих автолюбителей и чайников (основы)

Данный словарь полезен начинающим автолюбителям и водителям с опытом. В нем найдете информацию об основных узлах автомобиля и их краткое определение.

Автомобильный словарь
АВТОМОБИЛЬ — транспортная машина, приводимая в движение собственным двигателем (внутреннего сгорания, электрическим). Вращение от двигателя передается коробке передач и колесам. Различают автомобили пассажирские (легковые и автобусы) и грузовые.

АККУМУЛЯТОР — устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования. Аккумулятор преобразует электрическую энергию в химическую и по мере надобности обеспечивает обратное преобразование; используют как автономный источник электроэнергии на автомобилях.


АКСЕЛЕРАТОР (педаль «газа») — регулятор количества горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Предназначен для изменения частоты вращения двигателя.

АМОРТИЗАТОР — устройство для смягчения ударов в подвеске автомобилей. В амортизаторе используют пружины, торсионы, резиновые элементы, а также жидкости и газы.


БАМПЕР — энергопоглощающее устройство автомобиля (на случай легкого удара), расположенного спереди и сзади.
ВОЗДУШНЫЙ ФИЛЬТР — служит для очистки от пыли (обработки) воздуха, используемого в двигателях.
ГЕНЕРАТОР — устройство, вырабатывающее электрическую энергию либо создающие электромагнитные колебания и импульсы.
ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА — зубчатый механизм трансмиссии автомобилей, служащий для передачи и увеличения крутящего момента от карданного вала к ведущим колесам, а следовательно, и для увеличения тягового усилия.
ДВИГАТЕЛЬ внутреннего сгорания — источник механической энергии, необходимый для движения автомобиля. В классическом двигателе тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива в его цилиндрах, преобразуется в механическую работу. Существуют бензиновые и дизельные моторы.

ДЕТОНАЦИЯ — наблюдается в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием и возникает в результате образования и накопления в топливном заряде органических перекисей. Если при этом достигается некоторая критическая концентрация, то происходит детонация, характеризующаяся необычно высокой скоростью распространения пламени и возникновением ударных волн. Детонация проявляется в металлических «стуках», дымном выхлопе и перегреве двигателя и ведёт к пригоранию колец, поршней и клапанов, разрушению подшипников, потере мощности двигателя.

ДИФФЕРЕНЦИАЛ — обеспечивает вращение ведущих колёс с разными относительными скоростями при прохождении кривых участков пути.


ЖИКЛЕР — калиброванное отверстие для дозирования подачи топлива или воздуха. В технической литературе жиклерами называют детали карбюратора с калиброванными отверстиями. Различают жиклеры: топливный, воздушный, главный, компенсационный, холостого хода. Жиклеры оценивают их пропускной способностью (производительностью), т. е. количеством жидкости, которое может пройти через калиброванное отверстие в единицу времени; пропускная способность выражается в см3/мин.

КАРБЮРАТОР — прибор для приготовления горючей смеси из топлива и воздуха для питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Топливо в карбюраторе распыляется, перемешиваясь с воздухом, после чего подается в цилиндры.


КАРДАННЫЙ МЕХАНИЗМ — шарнирный механизм, обеспечивающий вращение двух валов под переменным углом благодаря подвижному соединению звеньев (жесткий) или упругим свойствам специальных элементов (упругий). Последовательное соединение двух карданных механизмов называется карданной передачей.
КАРТЕР — неподвижная деталь двигателя, обычно коробчатого сечения для опоры рабочих деталей и защиты их от загрязнений. Нижняя часть картера (поддон) — резервуар для смазочного масла.

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ — вращающееся звено кривошипного механизма; применяется в поршневых двигателях. В поршневых двигателях число колен коленчатого вала обычно равно числу цилиндров; расположение колен зависит от рабочего цикла, условий уравновешивания машин и расположения цилиндров.

КОРОБКА ПЕРЕДАЧ — многозвенный механизм, в котором ступенчатое изменение передаточного отношения осуществляется при переключении зубчатых передач, размещенных в отдельном корпусе.


КОЛЛЕКТОР — название некоторых технических устройств (например, выпускной и впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания).

ЛЮФТ — зазор между частями машины, какого-либо устройства.

МАНОМЕТР — прибор для измерений давления жидкостей и газов.

МАСЛЯНЫЙ ФИЛЬТР — устройство для очистки масла от загрязняющих его механических частиц, смол и других примесей. Масляный фильтр устанавливаются в системах смазки двигателей внутреннего сгорания.

МОМЕНТ ЗАТЯЖКИ — можно определить непосредственно в кгс·см с помощью динамометрического ключа с диапазоном измерения до 147 Н·см (15 кгс·см).

ПОДВЕСКА — система механизмов и деталей соединения колёс с корпусом машины, предназначенная для снижения динамических нагрузок и обеспечения равномерного распределения их на опорные элементы при движении. Автомобильная подвеска по конструкции бывает зависимой и независимой.


ПОДШИПНИК — опора для цапфы вала или вращающейся оси. Различают подшипники качения (внутреннее и наружное кольца, между которыми расположены тела качения шарики или ролики) и скольжения (втулка-вкладыш, вставленная в корпус машины).

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ — простейшее устройство для защиты электрических цепей и потребителей электрической энергии от перегрузок и токов короткого замыкания. Предохранитель состоит из одной или нескольких плавких вставок, изолирующего корпуса и выводов для присоединения плавкой вставки к электрической цепи.

ПРОТЕКТОР — толстый слой резины на наружной части пневматической шины с канавками и выступами, увеличивающими сцепление шины с поверхностью дороги.

РАДИАТОР — устройство для отвода тепла от жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя.

РАЗВАЛ КОЛЕС — облегчает поворот колес и разгружает внешние подшипники.


РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ЗАЖИГАНИЯ — прибор системы зажигания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, предназначенный для подачи электрического тока высокого напряжения к свечам зажигания.

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ВАЛ — имеет кулачки, которые при вращении вала взаимодействуют с толкателями и обеспечивают выполнение машиной (двигателем) операций (процессов) по заданному циклу.

РЕДУКТОР — зубчатая (червячная) или гидравлическая передача, предназначенная для изменения угловых скоростей и вращающих моментов.

РЕЛЕ — устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу извне. Различают реле тепловые, механические, электрические, оптические, акустические. Реле используются в системах автоматического управления, контроля, сигнализации, защиты, коммутации.

САЛЬНИК — уплотнение, применяемое в соединениях машин с целью герметизации зазоров между вращающимися и неподвижными деталями.


СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ — устройство для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания искрой, образующейся между её электродами.
СТАРТЕР — основной агрегат двигателя, раскручивающий его вал до частоты вращения, необходимой для его запуска.

СТУПИЦА — центральная, обычно утолщенная часть колеса. Имеет отверстие для оси или вала, соединена с ободом колеса спицами или диском.

СЦЕПЛЕНИЕ — механизм для передачи крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания к коробке передач. Сцепление обеспечивает кратковременное разъединение вала двигателя и вала трансмиссии, безударное переключение передач и плавное трогание автомобиля с места.


ТАХОМЕТР — прибор для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя.
ТОРМОЗНОЙ ПУТЬ — расстояние, проходимое транспортным средством от момента привода в действие тормозного устройства до полной остановки. Полный тормозной путь включает в себя также расстояние, проходимое за время от момента восприятия водителем необходимости торможения до приведения в действие органов управления тормозами.

ТРАМБЛЕР — прерыватель-распределитель зажигания, прибор системы зажигания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, предназначенный для подачи электрического тока высокого напряжения к свечам зажигания.

ТРАНСМИССИЯ — устройство или система для передачи вращения от двигателя к рабочим механизмам (на колеса автомобиля).

ШИНА — резиновая оболочка с протектором, надеваемая на обод колеса автомобиля. Обеспечивает сцепление колес с дорогой, смягчает удары и толчки.

ЭКОНОМАЙЗЕР — приспособление в карбюраторе для обогащения горючей смеси при полном открытии дроссельной заслонки или положениях, близких к этому.

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

На протяжении многих десятков лет моторы изготавливали из самых обычных материалов — стали, чугуна, меди, бронзы, алюминия. Совсем немного пластика, иногда какие-то мелкие элементы, вроде корпусов карбюраторов, — из магниевых сплавов. На волне тенденции к всемерному облегчению конструкций и увеличению мощности при улучшении экологической составляющей состав материалов с тех времен заметно изменился. Из чего же сегодня делают двигатели? Разбираемся.

Большая часть автовладельцев наверняка знает главный тренд современного автомобилестроения: увеличение мощности двигателя при постоянном уменьшении его объема и массы. Секрет такого сочетания кроется в том числе в новых материалах и конструктивах. Ну и, разумеется, тщательной проработке всех элементов силового агрегата, а также уже не скрываемом отсутствии избыточных (читай: невыгодных) запасов прочности.

Как ни странно, всевозможные нанотрубки и прочий хай-тек, о котором постоянно говорят в СМИ, в моторостроении на самом деле почти не применяются. В серийных моторах самыми дорогими и сложными материалами являются кремнийникелевые покрытия, металлокерамический композит (например, известный как FRM у Honda), различные полимерно-углеродные композиции и постепенно появляющиеся в серийных двигателях титановые сплавы, а также сплавы с высоким содержанием никеля, например Inconel. В целом же двигателестроение остается очень консервативной областью машиностроения, где смелые эксперименты в серийном производстве не приветствуются.

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

Прогресс обеспечивается в основном «тонкой настройкой» и применением давно известных технологий по мере их удешевления. Основная масса серийных агрегатов состоит в основном из чугуна, стали и алюминиевых сплавов — по сути, самых дешевых материалов в машиностроении. Однако тут все же есть место для новых технологий.

Самая крупная деталь любого мотора — блок цилиндров. Она же самая тяжелая. Долгие десятки лет основным материалом для блоков служил чугун. Он достаточно прочен, хорошо льется в любую форму, его обработанные поверхности обладают высокой износостойкостью. Список достоинств включает и невысокую цену. Современные моторы небольшого рабочего объема по-прежнему льются из чугуна, и вряд ли в ближайшее время индустрия полностью откажется от этого материала.

Основная задача в совершенствовании сплавов чугуна — это сохранение высокой твердости поверхности при улучшении его вспомогательных качеств, иначе это может привести к необходимости использования чугунных же гильз для блока цилиндров из более износостойкого сплава. Так изредка делают, но в основном на грузовых моторах, где эта технология финансово оправданна.

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

Алюминий в качестве материала блока применяется также очень давно и совершенствуется примерно в том же направлении. Усилия направлены в основном на улучшение возможностей его обработки, на снижение коэффициента расширения при сохранении необходимой пластичности материала, повышение необходимых аспектов прочности сплавов.

Также развиваются технологии использования вторичного алюминия низкой очистки. Для таких сплавов применяются технологии, отличные от литья, причем налицо тенденция к изготовлению из алюминия блоков цилиндров более компактных моторов. Например, двигатель Volkswagen серии EA211 сегодня имеет алюминиевый блок, который оказался на 40% легче чугунного.

Магниевые сплавы значительно менее популярны. Они легче алюминиевых, но имеют значительно более низкую коррозийную стойкость, не переносят контакта с горячей охлаждающей жидкостью, со стальными крепежными деталями повышенной температуры. На рядных шестицилиндровых блоках моторов BMW серий N52 и N53, например, из магниевого сплава выполнена только внешняя часть блока, «рубашка» системы охлаждения. Для сравнительно длинного блока шестицилиндрового мотора это дает выигрыш в массе порядка 10 кг по сравнению с цельноалюминиевой конструкцией. Также магниевые сплавы используют для блок-картеров моторов с отъемными цилиндрами. В основном это двигатели мотоциклов.

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителейИз чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

Компоненты двигателя

Если с самой большой деталью мотора новые технологии и материалы не очень «дружат» в целом, то в частностях возможны интересные сюрпризы. Гильзы цилиндров у любого блока являются точкой приложения всех новейших технологий и материалов. Высокопрочный чугун, методы поверхностного упрочнения алюминиевых высококремнистых сплавов, гальванические покрытия на основе сплава карбида кремния с никелем, металлокерамические матрицы и стальное напыление широко используются даже на серийных моторах. Про чугун и высококремнистый алюминий говорить не будем, все же сами технологии не только старые, но и массовые. А вот про остальные материалы лучше рассказать чуть подробнее.

Упрочненные чугунные гильзы по технологии CGI (Compacted Graphite Iron) появились для реализации экстремально высокой степени форсирования у дизельных моторов. Этот чугун сильно отличается от распространенного серого чугуна. У него на 75% выше прочность на разрыв, на 40% выше модуль упругости, и он в два раза устойчивее к знакопеременным нагрузкам. А его сравнительно невысокая стоимость и прочность позволяют создавать литые чугунные блоки с массой меньше, чем у алюминиевых. Но в основном его применение ограничено гильзами и коленчатыми валами. Гильзы получаются очень тонкими, теплопроводными и при этом столь же технологичными и надежными, как обычные гильзы из чугуна. А коленчатые валы по прочности соперничают с коваными стальными при заметно меньшей себестоимости.

Покрытие по технологии Nicasil, в общем-то, не редкость и далеко не новинка, но оно остается одним из самых высокотехнологичных и перспективных в своей сфере. Изобрели его еще в 1967 году для роторно-поршневых двигателей, и засветиться в массовом автомобилестроении оно успело. Porsche его применял для гильз цилиндров с 1970-х, а в 1990-е его попытались применить и на более массовых моторах, например в BMW и Jaguar, но недостатки технологии и высокая цена заставили отказаться от него в пользу более дешевых методов поверхностного упрочнения высококремниевых сплавов, например по технологии Alusil.

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителейИз чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

Причем более вероятной причиной отказа является как раз повышенная стоимость блоков цилиндров с этим покрытием, связанная с низкой технологичностью процесса гальванического нанесения и высоким процентом не выявляемого сразу брака, который потом успешно списали на высокосернистые бензины.

Тем не менее это покрытие все еще остается лучшим выбором для создания рабочей поверхности в любом мягком металле, потому под различными торговыми наименованиями применяется в массовом и особенно гоночном двигателестроении. Например, под маркой SCEM в моторах Suzuki. Его недостатки в основном связаны с очень высокой стоимостью обработки и слабой приспособленностью к массовому производству при использовании с крупными многоцилиндровыми блоками.

Металлокерамическая матрица (MMC), более известная как FRM в моторах Honda, — еще один оригинальный и интересный материал. Например, двигатель на суперкаре NSX имел гильзы, выполненные по такой технологии. Опять же технология далеко не новая, но, как и материал, очень перспективная. Покрытие типа Nicasil тоже относится к MMC, но его приходится наносить гальваническим методом, и в качестве матрицы выступает достаточно твердый никель.

В технологии FRM материалом матрицы служит алюминий, а MMC получается в процессе заливки гильзы из волокнистого материала на основе карбоновой нити в алюминиевый блок. Использование углеродного волокна более технологично. К тому же матрица получается намного более толстой, чуть более мягкой, намного более упругой и абсолютно интегрированной в материал блока. Отслоение, как это происходило с Nicasil, попросту невозможно. Задиры и локальные повреждения в силу структуры материала ему почти не страшны, а в случае износа цилиндр можно расточить благодаря большому запасу по толщине.

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителейИз чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

Минусы у такого покрытия тоже имеются. Во-первых, немалая цена, во-вторых, жесткое отношение к поршневым кольцам, поскольку его структура плохо «настраивается». Тут не создать полноценной сетки хона, правда, масло хорошо удерживается в волокнах и без того. Края волокон очень жесткие, и даже сверхтвердые кольца имеют ограниченный ресурс, а поршень в местах контакта интенсивно изнашивается при малейшем биении, что подразумевает использование поршней с минимальным зазором и очень короткой юбкой. К тому же покрытие очень маслоемкое. В итоге у моторов постоянно наблюдался повышенный расход масла, что на определенном этапе не позволило выполнять жесткие экологические требования.

Впрочем, сейчас эта проблема уже не актуальна, новые катализаторы и новые поколения малозольных масел позволяют об этом не беспокоиться. Ну и, разумеется, цена нанесения покрытия такого типа заметно выше, чем у алюсила или чугунных гильз, но все же меньше, чем у Nicasil-подобных материалов.

Покрытия MMC разных типов также используются в целом ряде деталей двигателей. Например, в седлах клапанов в ГБЦ, упрочнениях крайних постелей распредвалов, особо нагруженных местах креплений элементов конструкции. Это позволяет широко применять цельноалюминиевые детали и снижать массу конструкции за счет упрощения. Некоторые детали двигателей могут иметь крупные элементы из MMC, например клапаны. Но это и сейчас удел не серийных конструкций.

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

Титановые сплавы также давно пытаются использовать в конструкции машин. В двигателях этот прочный, легкий и очень эластичный материал с превосходной химической стойкостью применяется очень ограниченно в силу высокой стоимости. Но можно найти серийные конструкции с деталями из титана. Титановые шатуны, например, давно устанавливаются в моторах Ferrari и тюнинговом подразделении AMG. Еще титан — неплохой выбор для пружин, шайб, рокеров и прочих элементов ГРМ, деталей теплообменников EGR, а также разных крепежных элементов. Кроме того, он используется для производства рабочих элементов высокопроизводительных турбин, а иногда —— для производства клапанов и даже поршней.

Теоретически детали из высококремнистых титановых сплавов с высоким содержанием интерметаллидов и сицилидов могут применяться в двигателях, но у большинства титановых сплавов наблюдается серьезная потеря прочности уже при температурах свыше 300 градусов — изменение пластичности в больших пределах и большой коэффициент расширения, что не позволяет создавать из них долговечные детали с низкой массой. Ограниченное применение имеет в двигателестроении и 3D-печать из титановых сплавов, например для создания выпускных систем на спорткарах.

А вот покрытия из нитрида титана — одни из самых популярных средств упрочнения поршневых колец. Этот материал отлично работает по кремниевому упрочненному слою гильз цилиндров. Его же используют как напыление на фаски клапанов, в том числе титановых, на торцы толкателей клапанного механизма и другие узлы двигателя. Начиная с 1990-х годов использование этого метода упрочнения неуклонно возрастает, и он вытесняет хромирование, азотирование и ТВЧ-закалку. Также нитрид титана является перспективным типом покрытия для гильз цилиндров: он может наноситься методом PA-CVD (плазмохимическое осаждение из газовой фазы), а значит, такие технологии могут стать серийными в ближайшее время, если будет спрос на новые износостойкие покрытия цилиндров.

Уже упомянутая 3D-печать также активно применяется для создания высокопрочных и высокоточных жаростойких деталей сплав Inconel. Это семейство никельхромовых жаростойких сплавов давно служит материалом для создания выпускных клапанов, верхних компрессионных колец, пружин и даже выпускных коллекторов, корпусов турбин и крепежного материала для высокотемпературного применения.

В последние годы, в связи с развитием технологий 3D-печати и активным использованием в них Inconel-сплавов, мелкосерийные ДВС все чаще обзаводятся деталями из этого очень перспективного материала. Рабочий диапазон деталей из него минимум на 150–200 градусов выше, чем у самых жаростойких сталей, и доходит до 1200 градусов. Как материал упрочнения сплавы Inconel используются серийно уже достаточно давно, так, в моторах Mercedes-Benz покрытие из Inconel применяется на моторах серий M272/M273.

Пластмассы также продолжают внедрять в конструкции двигателей. Выполненные из пластика элементы системы впуска и охлаждения — дело уже привычное. Но дальнейшее расширение номенклатуры маслостойких и теплостойких пластмасс с низким короблением позволило создать пластмассовые картеры ДВС, клапанные крышки, направляющие, корпуса малых конструкций внутри двигателя. Концепты моторов с блоком цилиндров из пластмассы, а точнее, из полимерно-углеродных композиций, уже были представлены публике. При незначительно меньшей прочности, чем у легких сплавов, пластик в производстве обходится дешевле и значительно лучше перерабатывается.

Каков итог?

Изучение вопроса применяемости материалов в двигателестроении показывает четкую направленность: для снижения массы и улучшения других характеристик применение каких-то суперматериалов либо не особо требуется, либо невозможно в принципе в силу физических и химических свойств. Развитие технологий идет путем эволюционным — усовершенствования как самого производства, так и традиционных материалов, реорганизации рабочего процесса и конструкторской оптимизацией. Так что даже в среднесрочной перспективе мы вряд ли увидим революцию в производстве ДВС, скорее речь будет идти о постепенном отказе от этого типа двигателя в принципе в пользу электротехнологий, хотя и там пока не наблюдается бурного технологического прорыва.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о