Классификация двигателей внутреннего сгорания
Со времени своего появления на свет, двигатели внутреннего сгорания очень сильно изменились. Производительность современных двигателей, по сравнению с двигателями времен зари двигателестроения, взлетела до космических высот. Естественно, выросло и разнообразие двигателей. Благодаря этому разнообразию, двигателям нашли бесчисленное количество способов применения. Все это разнообразие можно охватить с помощью классифицирования.
— По количеству цилиндров. Бывают одноцилиндровые, двухцилиндровые, трехцилиндровые и т.д. вплоть до 12 и даже более цилиндров, двигатели. Но все, что более 12 цилиндров, это уже редкость в автомобильной промышленности.
— По способу расположения цилиндров. Самые распространенные варианты, это рядные и V-образные двигатели. Рядные двигатели, это такие двигатели, в которых цилиндры расположены в одном ряду, друг за другом, располагаться они могут, относительно пространственного положения самого двигателя, как вертикально, так и горизонтально, а также под любым градусом наклона. V-образные двигатели, это такие двигатели, у которых имеется 2 ряда цилиндров и расположены они под углом 90 друг к другу, что напоминает букву V. Существуют также двигатели с оппозитным расположением цилиндров. Это когда цилиндры находятся друг напротив друга под углом 180 .
— По способу охлаждения. Бывают двигатели с воздушным охлаждением и с жидкостным. Воздушное охлаждение гораздо проще в производстве и обслуживать его не надо, но оно имеет много недостатков. Самый главный недостаток, это то, что двигатель обдувается потоком встречного или нагнетаемого вентилятором воздуха, из-за чего двигатель имеет разную температуру в разных местах, то есть охлаждается неравномерно. Разная температура приводит к неравномерному износу всего двигателя, что в конечном итоге сокращает срок службы такого двигателя. Да и перегреть такой двигатель, проще простого.
Второй на мой взгляд, очень важный недостаток воздушного охлаждения, это невозможность использовать тепло нагретой охлаждающей жидкости для обогрева салона автомобиля и невозможность подогревать двигатель в морозы, жидкостным предпусковым подогревателем.
Поэтому, жидкостное охлаждение, как говориться рулит. Не даром оно вытеснило воздушное охлаждение с автомобилей, за редким исключением (например грузовики марки «Татра»)
— По назначению. Бывают двигатели автомобильные, судовые, стационарные, бытовые (бензокоса, бензопила) и т.д.
— По способу осуществления рабочего цикла. Бывают 4 такта за один рабочий цикл, а бывает 2 такта. И называются такие двигатели соответственно, четырехтактные и двухтактные. Четырехтактных двигателей в мире превалирующее большинство. Этому есть ряд причин. Основные это экологичность, экономичность и надежность.
— По виду применяемого топлива. Бывают двигатели использующие для своей работы: бензин, дизельное топливо и сжатый или сжиженный газ. Также существуют битопливные и многотопливные двигатели, которые могут работать можно сказать на всем, что горит. Кроме того, есть и другие экзотические двигатели, работающие на не менее экзотических видах топлива, но о них в других статьях.
— По способу воспламенения рабочей смеси в цилиндрах. Бывают двигатели, в которых смесь поджигается искрой от свечи зажигания (бензиновые и газовые), а бывают двигатели в которых смесь поджигается сама по себе от сильного давления (дизельные двигатели)
— По способу наполнения цилиндров воздухом. Бывают атмосферные и наддувные двигатели. Атмосферные, это когда воздух попадает в цилиндры самотеком, то есть из-за разности давлений в цилиндре и во впускном тракте, создается эффект всасывания в цилиндр. Наддувные двигатели, это когда воздух силой вгоняется в цилиндр, с помощью турбонаддува или компрессора. Благодаря наддуву, удается наполнить цилиндр воздухом гораздо сильнее, чем это происходит в атмосферных двигателях, в результате чего значительно вырастает мощность двигателя, но снижается его ресурс.
Двухтактный мотор
Но очистка и заполнение цилиндров топливной смесью происходит за очень короткое время в момент нахождения поршня в самом нижнем положении.
Для осуществления продувки внутренняя полость цилиндра напрямую связана с КШМ. По сути, поршень двигается в одном пространстве с кривошипом. Под ним образуется полость, которую называют кривошипной камерой или картером. Эта камера тоже участвует в процессах газообмена. В ней периодически создаётся разрежение. Это позволяет поступать новой порции смеси через впускное отверстие.
Такая конструкция позволяет двигателю развивать в 1,5 раза большую мощность по сравнению с другими моторами аналогичного объёма при тех же оборотах двигателя. Но есть и ряд недостатков.
- Детали в таком двигателе работают с большей интенсивностью, то есть быстрее изнашиваются.
- Особое значение придаётся герметизации всех механизмов, работающих практически в одном пространстве: поршня, цилиндра и кривошипа.
- Так как в картере нельзя устроить масляную ванну, то смазку поршня и других деталей осуществляют добавлением масла в топливо.
- Перепады давления смеси в цилиндре не так велики, поэтому для повышения производительности двигателя часто используют принудительную продувку.
Рабочий цикл осуществляется в течение одного оборота коленвала.
Видео: Принцип работы двухтактного двигателя
Вам также будет интересно почитать:
Все марки автомобилей со значками и названиями
Основные неисправности системы охлаждения двигателя и способы их устранения
Check Engine (Чек Энджин): что это такое, почему горит индикатор неисправности двигателя
Стоит ли покупать Audi A6 2019 года? Вот некоторые причины за и против
Стоит ли покупать Buick Encore 2019 года? Вот некоторые причины за и против
Стоит ли покупать Honda Pilot 2019 года? Вот некоторые причины за и против
Признаки неисправности регулятора давления топлива
4 вещи, которые стоит знать о Toyota RAV4
Что представляет собой V-образный двигатель?
С увеличением числа цилиндров в двигателе рядные конструкции стали менее удобными, а потому им на смену пришла V-образная компоновочная схема. Она предполагает установку цилиндров с поршнями попарно, друг напротив друга и под углом. Последний получил наименование угол развала и может варьироваться от 10° до 120° между осями. Количество цилиндров в таких агрегатах от шести до двенадцати, но это всегда четное число. Многие автопроизводители благодаря V-образной компоновочной схеме получили возможность экспериментировать с количеством цилиндров, увеличивая их число до двадцати четырех, но в серийном производстве таких автомобилей пока нет.
В зависимости от величины угла развала достигаются определенные характеристики двигателя. Так, например небольшой угол позволяет объединить в моторе достоинства и рядных, и V-образных моторов.
V-образный двигатель
Среди плюсов V-образных моторов можно отметить:
- компактность конструкции;
- более длительный срок эксплуатации двигателя;
- эффективная и динамичная работа на различных оборотах.
В числе недостатков:
- конструкция такого агрегата более сложна, поскольку имеет две головки блока цилиндров;
- высокая стоимость изготовления;
- большие вибрации при работе;
- сложности с балансировкой.
Как работает двигатель внутреннего сгорания?
Рабочий объем цилиндра рассчитывается как разница между полным объемом и объемом камеры сгорания. Сумма всех цилиндров внутреннего сгорания прописывается всегда в техническом описании двигателя и чаще всего называется литражом двигателя. Показателем мощности основного двигательного механизма признается также степень сжатия. У бензиновых двигателей ее показатель равен от 6 до 14, а у дизельных — от 16 до 30. Процент сжигания топливо-воздушной смеси оказывает непосредственное влияние на токсичность выбросов.
Весь процесс, начиная с подачи топлива и заканчивая выбросом использованных газов, называется рабочим циклом двигателя. Двигатель имеет определенную мощность, которая измеряется в лошадиных силах и в киловаттах. Рабочий цикл четырехтактного ДВС соответствует двум оборотам коленчатого вала. Если агрегат имеет один цилиндр, то его работа неравномерна. Этот недостаток можно устранить, установив на вал за пределами корпуса мотора маховик с большой инерционностью. Эта приводит со временем к стабильности.
Бензиновые двигатели и их устройство
Принцип работы бензинового силового агрегата состоит в следующем: небольшой объем топливной смеси поступает в камеру сгорания, там происходит ее воспламенение и взрыв, в результате которого высвобождается определенная энергия.
В двигателе внутреннего сгорания таких взрывов происходит несколько сотен за минуту.
Расширяющийся в камере сгорания газ давит на поршень (М), который при помощи шатуна (N) вращает коленвал (P).
Цикл работы бензинового двигателя состоит из следующих этапов:
• Впускной такт. В этот момент начинается движение поршня вниз, происходит открытие впускного клапана. В цилиндр поступает топливовоздушная смесь.
• Сжатие. Поршень начинает двигаться вверх, тем самым сжимает смесь в цилиндрах, что необходимо для выделения большей энергии при последующем взрыве.
• Рабочий такт. Когда поршень поднимается до верхней мертвой точки в цилиндре, в работу включается свеча зажигания и поджигает топливную смесь. После взрыва поршень движется уже вниз.
• Выпускной такт. После достижения поршнем крайней нижней точки, происходит открытие выпускного клапана, через который продукты сгорания и уходят из камеры.
После выхода продуктов сгорания начинается новый цикл работы ДВС.
Результат работы силового агрегата – получение вращательного движения, которое оптимально подходит для проворота колес машины. Достигается это за счет использования коленчатого вала, который и преобразует линейную энергию во вращение.
Устройство и основные детали бензиновых ДВС
Цилиндр – важнейшая часть бензинового мотора, в котором происходит движение поршня, вызванное взрывом топливной смеси. В описанном выше примере речь идет об одном цилиндре. Такое устройство может иметь двигатель моторной лодки или сенокосилки. В моторах же автомобилей цилиндров больше – три, четыре, пять, шесть, восемь, двенадцать и более.
Расположение цилиндров в ДВС может быть следующим:
– рядным:
– V-образным:
– оппозитным (цилиндры горизонтально располагаются друг напротив друга):
Каждое расположение цилиндров имеет свои плюсы и минусы, из которых складывается характеристики тех или иных двигателей и затраты на их производство.
Как производится капремонт основных узлов?
Капитальный ремонт основных узлов выполняется с целью восстановления исправности, полного или же близкого к полному восстановлению ресурса с осуществлением замены или восстановления.
Восстановление направляющих
Направляющие — одна из наименее изнашивающихся частей токарного станка. В зависимости от степени износа существует несколько методов капитального ремонта.
Шабрением
При погрешности менее 0.15 мм на 1000 мм длины выполняют восстановление шабрением. Станина устанавливается на ремонтный стенд и закрепляется строго в горизонтальной плоскости. Шабрение проводят в три этапа. Черновой проход выполняют шабером с рабочей шириной 20–30 мм.
Получистовое шабрение выполняется шабером 11–18 мм, финишное (чистовое) шабрение – шабером с рабочей шириной 5–10 мм. Так как направляющие станка длинные, шабрение происходит по маякам. Этот метод даёт возможность получить высокую точность обработки (до 0,002 мм на 1000 мм) и применяется для незакаленных направляющих.
Шлифованием
Шлифование применяют для закалённых направляющих, так же при необходимости ускорить процесс ремонта. Обработка ведётся чашечным шлифовальным кругом, позволено выполнять ремонт без разборки станка. Шлифование намного более производительный процесс, чем шабрение. Этот метод позволяет получить высокую точность и малую шероховатость поверхности направляющих.
Строганием
При серьёзном износе (более 0,15 мм на 1000мм) направляющие возможно исправить, прибегнув к строганию. Обработка строганием по продолжительности выполнения операции – самый быстрый способ. Однако, продолжительность увеличивается при транспортировке. Строгание проводят в два этапа: черновое строгание выравнивает направляющие, а финишное (минимум 2 прохода) снимает дополнительный слой металла.
Станина
Что касается станины, то нужно устранить неточности, возникающие при износе направляющих. От той или иной степени износа зависит, какой именно способ восстановления выберется в конкретной ситуации. При неточности 0,15 мм на 1 метр применяется шабрение, при большом восстановление проводят путем строгания или шлифовки.
Задняя бабка
Задняя бабка служит для фиксации заготовки и инструмента. Это один из самых используемых узлов станка. При ремонте следует восстановить сопряжение бабки со станиной, устранить люфт, выверить точность отверстия и расположение центров.
В случае неисправности, заменить или восстановить пиноль и винт подач. Отверстие под пиноль ремонтируется притирами (малоизношенные отверстия), растачиванием с подгонкой и акрилопластом (самый эффективный и экономичный метод).
Ремонтируем каретку суппорта
При капитальном ремонте каретки суппорта токарного станка необходимо восстановить её нижние направляющие, сопрягающиеся с направляющими станины. Также при восстановлении этого механизма необходимо устранить люфт между направляющими. Направляющие суппорта ремонтируются шлифованием и шабрением. После проведения капитального ремонта каретку необходимо правильно выставить.
Ходовой винт и ходовой вал
Зачастую, при ремонте требуется восстановить соосность ходового винта, вала, фартука и коробки подач. Для этого, коробка подач закрепляется на станине, устанавливаем каретку и прикрепляем прижимную планку. Устанавливаем оправы в отверстия коробки подач, а фартук соединяем с кареткой. Каретку двигаем к коробке подач до соприкосновения оправ. Измеряем щупом полученный просвет.
Базовые части двигателя
Чтобы хорошо понимать устройство двигателя автомобиля, важно разбираться, что из себя представляет блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун. Металлическую основу мотора, остов называют блоком
Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем
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.
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).
Признаки неисправностей двигателя
Нестабильная работа
Одним из первых сигналов, показывающих, что возникла проблема с двигателем является нестабильная работа последнего. Причинами такого поведения мотора могут быть:
- загрязненные свечи зажигания;
- неисправности в электронном блоке управления (ЭБУ);
- забитые воздушный и топливный фильтры;
- засорение топливопровода;
- использование некачественного горючего и многое другое.
Посторонние звуки
О проблемах с двигателем свидетельствуют и посторонние звуки, вдруг появившиеся во время его работы:
- Так постукивания и треск, раздающиеся из мотора, могут быть результатом детонации топлива в цилиндрах. Этот процесс, если не обратить на него внимания, очень скоро приведет к необратимым повреждениям поршней и дорогостоящему ремонту.
- Стук, раздающийся из головки блока цилиндров, свидетельствует о необходимости регулировки клапанов газораспределительного механизма (ГРМ).
Посторонние запахи
Еще одним внешним проявлением того, что неожиданно возникли проблемы с двигателем, является появление посторонних запахов топлива, моторного масла, жженой резины и пр.
И если запах резины говорит только о том, что один или несколько резиновых патрубков мотора касаются каких-то горячих его частей, то остальные свидетельствуют о том, что имеет место утечка горюче-смазочных материалов из соответствующих систем силового агрегата.
Дым
Если дымит двигатель, т. е. идет густой дым из трубы глушителя, это также свидетельствует о том, что владельцу автомобиля не удалось избежать проблем с двигателем.
В некоторых случаях по цвету дыма можно диагностировать неисправность:
- Дым голубого цвета появляется при попадании моторного масла в бензин. Как правило, такой дым сопровождается увеличением расхода масла.
- Белый дым показывает, что в бензин попадает охлаждающая жидкость. В этом случае должен уменьшаться объем охлаждающей жидкости в расширительном бачке.
- На авто с турбокомпрессором синий дым может говорить о проблемах с турбиной. Дымит двигатель также из-за того, что изношены подшипники и уплотнения ротора турбины. Таким образом, автомасло попадает в выпускную систему через турбокомпрессор и догорает, и при этом образуется дым.
- Дымит двигатель синим цветом также, если есть трудности с зажиганием. Чтобы подтвердить такую неисправность, нужно выкрутить свечу зажигания на неисправном цилиндре. Если будет черный нагар, то, действительно, причина в зажигании.
Обнаружив во время эксплуатации автомобиля хотя бы один из признаков, перечисленных выше, необходимо немедленно посетить ближайшую, желательно сертифицированную СТО, специалисты которой знают как проверить двигатель и устранить выявленные неисправности.
