Как устроен двигатель: Как работает двигатель внутреннего сгорания — Mafin Media

Содержание

Как работает двигатель внутреннего сгорания — Mafin Media

Готовиться смесь может по-разному. В устаревших карбюраторных двигателях горючее «готовится» в отдельном механизме авто — карбюраторе. После смешивания воздуха с топливом смесь подается в двигатель и там сгорает. У карбюраторных моторов много минусов, а их ремонтопригодность сегодня уже не так востребованна. Поэтому самые популярные системы подачи топлива — инжекторные (от англ. inject — впрыскивать).

В зависимости от конструкции мотора топливо подается либо во впускной коллектор — трубопровод, через который авто получает воздух из окружающей среды, — либо напрямую в цилиндры. Подобные решения сложнее, но позволяют экономить топливо и снижать количество вредных выбросов в атмосферу. Основная деталь инжекторного впрыска — форсунка. Именно она впрыскивает топливо:

Компоненты двигателя: где и как сгорает смесь

Самое важное происходит в корпусе двигателя, который объединяет блок цилиндров (слева на фото) и головку блока цилиндров (справа на фото).

Блок цилиндров содержит полые внутри цилиндрические трубки, в которых размещаются поршни.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) монтируется на блок цилиндров и образует герметичные (т. е. непроницаемые для посторонних жидкостей и газов) камеры сгорания.

Внутри камеры сгорания устанавливаются поршни — детали цилиндрической формы, совершающие возвратно-поступательные движения под действием сгорания смеси.

Поршни — часть кривошипно-шатунного механизма (КВШ), комплекса деталей, который преобразует движения поршня во вращение коленчатого вала. Последний и двигает колеса автомобиля. Так выглядит КВШ вместе с поршнями двигателя:

В головке блока цилиндров находятся упомянутые выше форсунки — вместе со свечами зажигания (в бензиновом моторе) и клапанами. Свечи зажигания производят электрическую искру, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси.

! — Если автомобиль оснащен непосредственным впрыском топлива (в камеру сгорания), форсунки находятся в ГБЦ, а если впрыск распределительный — форсунки установлены во впускном коллекторе вблизи впускных клапанов.

Клапаны относятся к механизму газораспределения и внешне напоминают большие гвозди:

Такая форма дана им неслучайно: нижней, выпуклой частью они закрывают и открывают впускные и выпускные отверстия в камере сгорания, поочередно впуская подготовленную топливно-воздушную смесь или воздух и выпуская отработанные газы. Соответственно, в зависимости от своей роли клапаны бывают впускными и выпускными.

Обычно на один цилиндр приходится от двух до четырех клапанов. За то, чтобы «доступ» в камеру сгорания открывался вовремя, и отвечает механизм газораспределения (ГРМ), в который выходят клапаны. В зависимости от мотора ГРМ приводится в действие ремнем или цепью.

Рассмотрим цилиндр в разрезе:

Четыре такта

Любой двигатель функционирует согласно циклу, состоящему из нескольких тактов, то есть ходов (движений) поршня. Большинство автомобильных моторов — четырехтактные.

Рассмотрим такты бензинового двигателя:

Впуск: открывается впускной клапан, в камеру сгорания попадает топливно-воздушная смесь, а поршень идет вниз.
Сжатие: оба клапана закрыты, поршень идет вверх, сжимая и нагревая смесь.
Рабочий ход: оба клапана закрыты, под действием электрической искры от свечи зажигания сжатая и разогретая топливно-воздушная смесь воспламеняется, образовавшиеся при этом газы толкают поршень вниз.
Выпуск: выпускной клапан открыт, поршень идет вверх, выталкивая отработанные газы в сторону выхлопной трубы.

После этого цикл повторяется. У дизельного двигателя вместо свечи установлена форсунка, и смесь воспламеняется не при помощи искры, а от сжатия — впрыска дизельного топлива через форсунку под большим давлением. Впускной клапан при этом подает в камеру сгорания только воздух. Кстати, в некоторых современных бензиновых моторах форсунка тоже впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр.

А как запускается первый такт?

Каждый автомобиль обладает набором бортовой электроники — проводов, аккумулятора, стартера и т. д. Аккумулятор за время поездок накапливает достаточно энергии, чтобы при помощи специального механизма — стартера — раскрутить коленвал и завести мотор.

И что дальше?

Мощность от двигателя к колесам передается с помощью коробки передач, редуктора и приводных валов. Если мотор соединить с колесами напрямую, автомобиль после запуска начнет движение на одной-единственной передаче, с небольшой скоростью, а после торможения сразу заглохнет. Об этих передачах и о типах коробок (автоматах, вариаторах, механиках и т. д.) Mafin Media расскажет в следующем материале.

Как работает двигатель автомобиля – устройство, принцип действия + видео » АвтоНоватор

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля, необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится поршень с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение коленчатого вала.

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

Много моделей используют конструкцию V-образного двигателя. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Во многих конструкциях количество цилиндров составляет от 6 до 12 и более. Это позволяет значительно сократить линейный размер двигателя и уменьшить его длину.

Автор: Михаил

Я никогда не увлекался автомобилями. У меня просто не было никакого интереса копаться под капотом, чтобы понять, как работает моя машина. За исключением замены моих воздушных фильтров или замены масла время от времени, если бы у меня когда-либо возникала проблема с моей машиной, я бы просто отнес ее к механику, и когда он вышел, чтобы объяснить, что случилось, я вежливо кивнул и сделал вид, что будто я знал, о чем он говорил.

Но в последнее время мне не терпелось узнать основы работы автомобилей. Я не планирую становиться полным жирным мартышкой, но я хочу иметь общее представление о том, как все в моей машине на самом деле приводит ее в движение. Как минимум, эти знания позволят мне иметь представление о том, о чем говорит механик, когда я в следующий раз возьму свою машину. Плюс мне кажется, что человек должен уметь понимать основы технологии, которую он использует. ежедневно. Когда дело доходит до этого веб-сайта, я знаю, как работает кодирование и SEO; пришло время мне изучить более конкретные вещи в моем мире, например, что находится под капотом моей машины.

Я полагаю, что есть и другие взрослые мужчины, похожие на меня, — мужчины, которые не разбираются в машинах, но им немного любопытно, как работают их машины. Поэтому я планирую поделиться тем, что я узнаю в ходе собственного исследования и экспериментирую, в периодических сериях, которые мы назовем Gearhead 101. Цель состоит в том, чтобы объяснить самые основы того, как работают различные части автомобиля, и предоставить ресурсы о том, где вы можете это сделать. узнать больше самостоятельно.

Двигатель внутреннего сгорания называется «двигателем внутреннего сгорания», потому что топливо и воздух сжигаются внутри двигателя, создавая энергию для перемещения поршней, которые, в свою очередь, приводят в движение автомобиль (мы покажем как это происходит подробно ниже).

Сравните это с двигателем внешнего сгорания, где топливо сжигается вне двигателя, и энергия, создаваемая при этом сгорании, приводит его в действие. Паровые двигатели являются лучшим примером этого. Уголь сжигается вне двигателя, который нагревает воду для производства пара, который затем приводит двигатель в действие.

Большинство людей думают, что в мире механизированного движения паровые двигатели внешнего сгорания появились раньше двигателей внутреннего сгорания. Реальность такова, что двигатель внутреннего сгорания появился первым. (Да, древние греки возились с паровыми двигателями, но ничего практического из их экспериментов не вышло). поршней. На самом деле их двигал не порох. Принцип работы этого раннего двигателя внутреннего сгорания заключался в том, что вы набивали поршень до верхней части цилиндра, а затем воспламеняли порох под поршнем. После взрыва образовался вакуум, который засасывал поршень в цилиндр. Поскольку этот двигатель полагался на изменения давления воздуха для перемещения поршня, его назвали атмосферным двигателем. Это было не очень эффективно. К 17 9В 0026-м -м веке паровые двигатели были многообещающими, поэтому от двигателя внутреннего сгорания отказались.

Только в 1860 году был изобретен надежный работающий двигатель внутреннего сгорания. Бельгийский парень по имени Жан Жозеф Этьен Ленуар запатентовал двигатель, который впрыскивал природный газ в цилиндр, который впоследствии воспламенялся постоянным пламенем возле цилиндра. Он работал аналогично пороховому атмосферному двигателю, но не слишком эффективно.

Основываясь на этой работе, в 1864 году два немецких инженера по имени Николаус Август Отто и Ойген Ланген основали компанию, которая производила двигатели, подобные модели Ленуара. Отто отказался от управления компанией и начал работать над конструкцией двигателя, над которой он играл с 1861 года. Его конструкция привела к тому, что мы теперь знаем как четырехтактный двигатель, и эта базовая конструкция до сих пор используется в автомобилях.

Чуть позже я покажу вам, как работает четырехтактный двигатель, но прежде чем я это сделаю, я подумал, что было бы полезно части двигателя, чтобы у вас было представление о том, что происходит в четырехтактном процессе. В этих объяснениях используется терминология, основанная на других терминах в списке, поэтому не беспокойтесь, если вы сначала запутаетесь. Прочитайте все это, чтобы получить общее представление, а затем прочитайте еще раз, чтобы у вас было общее представление о каждой части, о которой идет речь.

Блок двигателя является основой двигателя. Большинство блоков двигателей отливают из алюминиевого сплава, но некоторые производители все же используют железо. Блок двигателя также называют блоком цилиндров из-за большого отверстия или труб, называемых цилиндрами, которые отлиты в единой конструкции. Цилиндр — это место, где поршни двигателя скользят вверх и вниз. Чем больше цилиндров у двигателя, тем он мощнее. Помимо цилиндров в блок встроены другие воздуховоды и проходы, позволяющие маслу и охлаждающей жидкости поступать к различным частям двигателя.

Отличный вопрос! Это связано с формой и количеством цилиндров двигателя. В четырехцилиндровых двигателях цилиндры обычно устанавливаются по прямой линии над коленчатым валом. Эта компоновка двигателя называется рядным двигателем .
Если в двигателе более четырех цилиндров, они делятся на два ряда цилиндров — по три цилиндра (или более) с каждой стороны. Разделение цилиндров на два ряда делает двигатель похожим на букву «V». V-образный двигатель с шестью цилиндрами = двигатель V6. V-образный двигатель с восемью цилиндрами = V8 — по четыре в каждом ряду цилиндров.

В камере сгорания двигателя происходит волшебство. Именно здесь топливо, воздух, давление и электричество объединяются, чтобы создать небольшой взрыв, который двигает поршни автомобиля вверх и вниз, тем самым создавая энергию для движения автомобиля. Камера сгорания состоит из цилиндра, поршня и головки цилиндра. Цилиндр действует как стенка камеры сгорания, верхняя часть поршня — как пол камеры сгорания, а головка цилиндра — как потолок камеры сгорания.

Головка блока цилиндров представляет собой кусок металла, надетый на цилиндры двигателя. В головке блока цилиндров отлиты небольшие округлые углубления, чтобы создать пространство в верхней части камеры сгорания. Прокладка головки блока цилиндров герметизирует соединение между головкой блока цилиндров и блоком цилиндров. Впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания и топливные форсунки (об этих деталях будет рассказано позже) также крепятся к головке блока цилиндров.

Поршни двигаются вверх и вниз по цилиндру. Они похожи на перевернутые банки из-под супа. Когда топливо воспламеняется в камере сгорания, сила толкает поршень вниз, который, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал (см. ниже). Поршень крепится к коленчатому валу через шатун, также известный как шатун. Он соединяется с шатуном через поршневой палец, а шатун соединяется с коленчатым валом через шатунный подшипник.

В верхней части поршня вы найдете три или четыре канавки, отлитые в металле. Внутри канавки 9Ставятся поршневые кольца 0016 . Поршневые кольца — это та часть, которая фактически касается стенок цилиндра. Они сделаны из железа и бывают двух видов: компрессионные кольца и маслосъемные кольца. Компрессионные кольца являются верхними кольцами и давят наружу на стенки цилиндра, обеспечивая прочное уплотнение камеры сгорания. Маслосъемное кольцо — это нижнее кольцо поршня, которое предотвращает просачивание масла из картера в камеру сгорания. Он также смывает излишки масла со стенок цилиндров и обратно в картер.

Коленчатый вал преобразует движение поршней вверх и вниз во вращательное движение, которое позволяет автомобилю двигаться. Коленчатый вал обычно вставляется в блок двигателя по длине в нижней части. Он простирается от одного конца блока цилиндров до другого. В передней части двигателя коленчатый вал соединяется с резиновыми ремнями, которые соединяются с распределительным валом и передают мощность на другие части автомобиля; в задней части двигателя распределительный вал соединяется с трансмиссией, которая передает мощность на колеса. На каждом конце коленчатого вала вы найдете сальники или «уплотнительные кольца», которые предотвращают утечку масла из двигателя.

Коленчатый вал находится в так называемом картере двигателя. Картер расположен под блоком цилиндров. Картер защищает коленчатый вал и шатуны от посторонних предметов. Область в нижней части картера называется масляным поддоном, и именно здесь хранится моторное масло. Внутри масляного поддона вы найдете масляный насос, который прокачивает масло через фильтр, а затем это масло разбрызгивается на коленчатый вал, шатунные подшипники и стенки цилиндра, чтобы обеспечить смазку движения поршня. В конечном итоге масло стекает обратно в масляный поддон только для того, чтобы начать процесс снова

Вдоль коленчатого вала вы найдете балансировочные кулачки, которые действуют как противовесы для балансировки коленчатого вала и предотвращения повреждения двигателя из-за биения, возникающего при вращении коленчатого вала.

Распредвал — это мозг двигателя. Он работает вместе с коленчатым валом через зубчатый ремень, чтобы впускные и выпускные клапаны открывались и закрывались в нужное время для оптимальной работы двигателя. В распределительном валу используются яйцевидные лепестки, которые проходят через него, чтобы контролировать время открытия и закрытия клапанов.

Большинство распределительных валов проходят через верхнюю часть блока цилиндров, непосредственно над коленчатым валом. В рядных двигателях один распределительный вал управляет как впускными, так и выпускными клапанами. На V-образных двигателях используются два раздельных распределительных вала. Один управляет клапанами на одной стороне V, а другой управляет клапанами на противоположной стороне. Некоторые V-образные двигатели (например, тот, что показан на нашем рисунке) даже имеют по два распределительных вала на ряд цилиндров. Один распределительный вал управляет одной стороной клапанов, а другой распределительный вал управляет другой стороной.

Как упоминалось выше, распределительный вал и коленчатый вал координируют свое движение с помощью зубчатого ремня или цепи. Цепь ГРМ удерживает коленчатый и распределительный валы в одном и том же положении относительно друг друга в течение всего времени работы двигателя. Если распределительный вал и коленчатый вал по какой-либо причине рассинхронизированы (например, цепь ГРМ пропускает зубчатое колесо), двигатель не будет работать.

Существует два типа клапанов: впускные клапаны и выпускные клапаны. Впускные клапаны подают смесь воздуха и топлива в камеру сгорания, чтобы создать сгорание для питания двигателя. Выпускные клапаны выпускают выхлопные газы, образующиеся после сгорания, из камеры сгорания.

Автомобили обычно имеют один впускной клапан и один выпускной клапан на цилиндр. Большинство высокопроизводительных автомобилей (Jaguar, Maserati и т. д.) имеют четыре клапана на цилиндр (два впускных и два выпускных). Хоть Honda и не считается «высокоэффективной» маркой, она также использует в своих автомобилях четыре клапана на цилиндр. Есть даже двигатели с тремя клапанами на цилиндр — два впускных, один выпускной. Многоклапанные системы позволяют автомобилю лучше «дышать», что, в свою очередь, улучшает работу двигателя.

Коромысел — это маленькие рычаги, которые касаются выступов или кулачков распределительного вала. Когда лепесток поднимает один конец коромысла, другой конец коромысла давит на шток клапана, открывая клапан, чтобы впустить воздух в камеру сгорания или выпустить выхлопные газы. Это работает как качели.

Иногда кулачки распределительного вала непосредственно касаются коромысла (как вы видите в двигателях с верхним расположением распределительного вала), таким образом открывая и закрывая клапан. В двигателях с верхним расположением клапанов кулачки распределительного вала не соприкасаются напрямую с коромыслами, поэтому используются толкатели или толкатели.

Чтобы создать сгорание, необходимое для движения поршней, нам нужно топливо в цилиндрах. До 1980-х годов автомобили использовали карбюраторы для подачи топлива в камеру сгорания. Сегодня все автомобили используют одну из трех систем впрыска топлива: непосредственный впрыск топлива, распределенный впрыск топлива или впрыск топлива через дроссельную заслонку.

Системы впрыска топлива с корпусом дроссельной заслонки работают так же, как карбюраторы, но без карбюратора. Вместо того, чтобы каждый цилиндр имел свою собственную топливную форсунку, есть только одна топливная форсунка, которая идет к корпусу дроссельной заслонки. Топливо смешивается с воздухом в корпусе дроссельной заслонки, а затем распределяется по цилиндрам через впускные клапаны.

Ну вот. Основы работы двигателя автомобиля. Загляните сегодня под капот вашего автомобиля и посмотрите, сможете ли вы указать детали, которые мы обсуждали. Если вам нужна дополнительная информация о том, как работает автомобиль, ознакомьтесь с книгой How Cars Work. Это очень помогло мне в моих исследованиях. Автор прекрасно излагает вещи языком, понятным даже новичку.

Когда вашему телу нужно топливо, вы кормите его едой. Когда вашему автомобилю нужно топливо, вы «кормите» его бензином. Точно так же, как ваше тело преобразует пищу в энергию, автомобильный двигатель преобразует газ в движение. Некоторые новые автомобили, известные как гибриды, также используют электричество от аккумуляторов для приведения в движение транспортного средства.

Процесс преобразования бензина в движение называется «внутреннее сгорание». Двигатели внутреннего сгорания используют небольшие контролируемые взрывы для выработки энергии, необходимой для перемещения вашего автомобиля в нужное место.

Если произвести взрыв в маленьком закрытом пространстве, например, в поршне двигателя, высвобождается огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Типичный автомобильный двигатель производит такие взрывы сотни раз в минуту. Двигатель использует энергию и использует ее для движения вашего автомобиля.

Взрывы заставляют двигаться поршни в двигателе. Когда энергия первого взрыва почти иссякает, происходит еще один взрыв. Это заставляет поршни двигаться снова. Цикл повторяется снова и снова, давая автомобилю мощность, необходимую для движения.

Автомобильные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания. Четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Удары повторяются снова и снова, генерируя энергию. Давайте подробнее рассмотрим, что происходит во время каждой фазы цикла сгорания.

Выхлоп: Во время последней части цикла выпускной клапан открывается для выпуска отработанного газа, образовавшегося в результате взрыва. Этот газ перемещается в каталитический нейтрализатор, где очищается, а затем проходит через глушитель, прежде чем выйти из автомобиля через выхлопную трубу.

Знаете ли вы, из каких частей состоит автомобиль? Перейти онлайн, чтобы проверить анатомию автомобиля. Узнайте больше о частях автомобиля и о том, что они делают. Можете ли вы определить каждую деталь вашего семейного автомобиля?
Если вы действительно хотите больше узнать о двигателях, попросите взрослого друга или члена семьи открыть капот семейного автомобиля, чтобы вы могли поближе рассмотреть двигатель. Вы можете себе представить, сколько деталей в современном двигателе? Если возможно, сравните двигатель вашего семейного автомобиля с двигателем другого типа, например, с двигателем газонокосилки.
Благодаря современным технологиям двигатели меняются, чтобы поддерживать несколько источников топлива. Какими будут двигатели, когда вы станете достаточно взрослыми, чтобы водить машину? Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с онлайн-мероприятием NOVA Car of the Future. Как вы думаете, гибрид или электромобиль в вашем будущем? Почему или почему нет?

Заказать услугу

Заказать услугу