Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как работают клапана и поршень в двигателе


Как работает двигатель внутреннего сгорания

В данной статье мы расскажем об устройстве двигателя, его компонентах, о том, как они работают вместе, какие могут возникнуть неполадки и как увеличить производительность.

 
Содержание статьи
 

  1. Введение
  2. Внутреннее сгорание
  3. Устройство двигателя
  4. Неполадки двигателя
  5. Клапанный механизм и система зажигания двигателя
  6. Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
  7. Читайте также » Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
  8. Увеличение мощности двигателя
  9. Часто задаваемые вопросы по двигателям
  10. Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
  11. Узнать больше
  12. Читайте также Статьи про все типы двигателей
 
 
Бензиновый автомобильный двигатель предназначен для преобразования энергии бензинового топлива для движения автомобиля. В настоящий момент самым простым способом привести автомобиль в движение является сгорание бензина в двигателе. В связи с тем, что двигатель автомобиля является двигателем внутреннего сгорания, сгорание топлива происходит внутри двигателя.
 
На заметку:
 
  • Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
  • Также существуют и двигатели внешнего сгорания. Паровые двигатели в поездах старого образца и пароходах являются наглядным примером двигателей внешнего сгорания. В паровых двигателях топливо (уголь, дрова, масло и т.д.) сгорает вне двигателя для получения пара, который уже приводит двигатель в движение. Внутреннее сгорание является более эффективным (расход топлива на 1км значительно ниже) чем внешнее сгорание, помимо этого размеры двигателей внутреннего сгорания намного меньше двигателей внешнего сгорания. Именно поэтому нам не встречаются автомобили Ford или GM на паровых двигателях.
 
Внутреннее сгорание
 
Принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: Если поместить небольшой объем высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшой закрытый сосуд и воспламенить, то в результате высвободится огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Этой энергии хватит для запуска картофелины на 1510м. В данном случае энергия используется для движения картофелины. Данную энергию можно использовать в более интересных целях. Например, если у Вас получится создать цикл, который позволит производить взрывы с частотой несколько сотен раз в минуту, и если Вам удастся эффективно использовать данную энергию, то Вы получите основную часть автомобильного двигателя!
 

 

Рисунок 1
 
На сегодняшний день практически во всех автомобилях используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования энергии топлива в механическую энергию. Четырехтактный принцип работы также называют Цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867г. Все четыре такта представлены на рисунке 1. Эти такты:
 

  • Такт впуска
  • Такт сжатия
  • Рабочий такт
  • Такт выпуска
 
На рисунке видно, что в картофельной пушке картофелина заменена устройством, которое называется поршень. При помощи шатуна поршень соединяется с коленчатым валом. При вращении коленвала создается эффект "перезарядки пушки". Во время цикла в двигателе происходят следующие процессы:
 
  1. Поршень начинает движение сверху, впускной клапан открывается, поршень движется вниз для наполнения цилиндра воздухом и бензином. Это такт впуска. На данном этапе для смеси топлива и воздуха требуется лишь небольшое количество бензина. (Часть 1 рисунка)
  2. Затем поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. Сжатие способствует более мощному взрыву. (Часть 2 рисунка)
  3. Как только поршень достигает верхней точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет топливо. Происходит взрыв бензина, при этом поршень движется вниз. (Часть 3 рисунка)
  4. Как только поршень достигает нижней точки хода, открывается выпускной клапан для вывода продуктов сгорания по выхлопной трубе. (Часть 4 рисунка)
 
Теперь двигатель готов к началу следующего цикла, происходит впуск топлива и воздуха.
Обратите внимание, что движение, получаемое в результате работы двигателя внутреннего сгорания, является вращательным, в то время как движение, производимое картофельной пушкой - линейное (прямая линия). В двигателе линейное движение поршней переводится во вращательное движение при помощи коленвала. Вращательное движение идеально подходит для вращения колес автомобиля.
 
В следующем разделе мы предлагаем рассмотреть детали, которые обеспечивают работу двигателя, начиная с цилиндров.

 
 
Устройство двигателя
 
Цилиндр является самой важной частью двигателя, поршень совершает поступательные движения в цилиндре. Вышеописанный двигатель имеет один цилиндр. Такой двигатель типичен для газонокосилок, однако в автомобильные двигатели имеют более одного цилиндра (обычно четыре, шесть или восемь). В многоцилиндровых двигателях цилиндры расположены в одном из трех порядков: линейно, V-образно или оппозитно (т.н. двигатель с горизонтальными противолежащими цилиндрами или оппозитный двигатель).
 

Рисунок 2. Линейное расположение - Цилиндры расположены линейно в один ряд.
 

Рисунок 3. V-образное - Цилиндры расположены линейно в два ряда под углом друг к другу.
 

Рисунок 4. Оппозитное - Цилиндры расположены линейно в два ряда с противоположных сторон двигателя.
 
Говоря об управляемости, затратах на производство и характеристиках формы, необходимо отметить, что различные конфигурации имеют свои преимущества и недостатки. Благодаря этим преимуществам и недостаткам определенные типы двигателей подходят для определенных автомобилей.
 
Давайте более подробно рассмотрим основные детали двигателя.
 
Свеча зажигания
Свеча зажигания подает искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, что обеспечивает процесс сгорания. Для правильной работы двигателя искра должна подаваться в строго определенный момент.
 
Клапаны
Впускной и выпускной клапаны открываются в определенный момент для впуска топлива и воздуха и выпуска выхлопа. Обратите внимание, что оба клапана закрыты во время тактов сжатия и сгорания для обеспечения герметичности камеры сгорания.
 
Поршень
Поршень - это металлическая деталь цилиндрической формы, которая движется вверх и вниз внутри цилиндра.
 
Поршневые кольца
Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешней кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра. Кольца используются для двух целей:
 

  • Они препятствуют попаданию топливно-воздушной смеси в картер из камеры сгорания в процессе такта сжатия и рабочего такта.
  • Они препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания, где оно может сгореть.
 
Большинство автомобилей, которые "жгут масло" и требуют его добавления каждые 1000 км, имеют старые двигатели, поршневые кольца которых уже не могут обеспечивать надлежащее уплотнение.
 
Шатун
Шатун соединяет поршень и коленвал. Он может вращаться с обеих сторон для изменения угла во время движения поршня и вращения коленвала.
 
Коленвал
Коленвал преобразует поступательное движение поршней во вращательное как рычаг "чертика из табакерки".
 
Картер
Картер окружает коленвал. В нем находится некоторое количество масла, которое собирается в нижней части картера (поддоне картера).
 
Далее мы узнаем о неполадках двигателя.

 

 
Неполадки двигателя
 
Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится... Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на "большой тройке". Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:
 
Плохая топливная смесь - Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:
 

  • У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
  • У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
  • Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
  • Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.
 
Недостаточная компрессия - Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:
 
  • Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
  • Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
  • В цилиндре имеются повреждения.
 
Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки.
 
Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта
 
Отсутствие искры - Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:
 
  • При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
  • При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
  • Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.
 
Могут возникнуть и другие неполадки. Например:
 
  • Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
  • Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
  • Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
  • Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
  • Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
  • В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.
 
Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

 
 
Клапанный механизм и система зажигания двигателя
 
Большинство подсистем двигателя может быть установлено с использованием различных технологий, а новые технологии могут улучшить показатели двигателя. Далее мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в современных двигателях, начиная с клапанного механизма.
 
Клапанный механизм состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Открывающая и закрывающая система называется распредвал. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз ,как показано на Рисунке 5.
 

Рисунок 5. Распредвал
 
В большинстве современных автомобилей используются так называемые верхнерасположенные распредвалы. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз, как показано на Рисунке 5. Кулачки воздействуют на клапаны напрямую или посредством очень короткой тяги. В старых моделях двигателей распредвал расположен в картере рядом с коленвалом. Штифты соединяют нижнюю часть кулачков с толкателями клапанов, расположенными над клапанами. В таком устройстве имеется больше движущихся частей, в результате чего возникает отставание между временем активации кулачка и последующим перемещением клапана. Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленвал с распредвалом таким образом, чтобы клапаны двигались синхронно с поршнями. Скорость вращения распредвала в два раза ниже, чем у коленвала. Во многих мощных двигателях на каждый цилиндр установлено по четыре клапана (два впускных и два выпускных), такая конструкция требует наличия двух распредвалов на блок цилиндров, отсюда и название "двухраспредвальный вид головки". Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает распредвал".
 
Система зажигания (Рисунок 6) генерирует электрический разряд высокого напряжения и передает его от свечи зажигания по проводам зажигания. Вначале заряд поступает на распределитель, который Вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, входящий в центре и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящие их него. Эти провода зажигания передают заряд на каждую свечу зажигания. Зажигание двигателя отрегулировано таким образом, что за один раз искру от распределителя получает только один цилиндр. Такая конструкция обеспечивает максимальную равномерность работы. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает автомобильная система зажигания".
 

 


Рисунок 6. Система зажигания
 
В следующем разделе мы рассмотрим, как происходит запуск, охлаждение и циркуляция воздуха в двигателе.

 
 
Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
 
В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система охлаждения".

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения
 
Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

 
Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает турбокомпрессор".
 
Увеличение мощности двигателя - это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:
 

  • Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
  • Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
  • Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
  • А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.
 
В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера - это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.
 
В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

 
Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
 
Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.
 

  • При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
  • В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).
 
Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система впрыска топлива".
 
Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.
 

Выхлопная система автомобиля Porsche 911
 
Теперь, когда Вы уже кое-что знаете о том, что заливается в автомобиль, давайте рассмотрим, что же из него выходит. Выхлопная система состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если глушитель не установлен, то Вы сможете услышать звуки тысяч небольших взрывов, доносящихся из выхлопной трубы. Глушитель заглушает эти звуки. Выхлопная система также включает в себя и каталитический дожигатель выхлопных газов. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает каталитический дожигатель выхлопных газов".
 
В большинстве современных автомобилей система понижения токсичности выхлопа состоит из каталитического дожигателя выхлопных газов, и набора датчиков и приводов и компьютера, который отслеживает и регулирует происходящие процессы. Например, каталитический дожигатель использует катализатор и кислород для сжигания неотработанного топлива и некоторых других химических веществ, содержащихся в выхлопе. Датчик кислорода отвечает за количество кислорода в выхлопе, достаточное для работы катализатора, при необходимости датчик производит дополнительную регулировку.
 
Что еще помимо бензина питает Ваш автомобиль? Электросистема состоит из аккумулятора и генератора. Генератор соединяется с двигателем при помощи ремня и генерирует ток для зарядки аккумулятора. Аккумулятор подает 12 вольт на все системы, которым требуется электропитание (система зажигания, радио, фары, стеклоочистители, электрические стеклоподъёмники и сиденья с электрическим приводом регулировки, компьютеры и т.д.).
 
Теперь, когда Вы все узнали про подсистемы двигателя, мы расскажем о том, как увеличить мощность двигателя.

 
 
Увеличение мощности двигателя
 
Прочитав данную статью, Вы увидите, что существует множество способов увеличения показателей Вашего двигателя. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со следующими параметрами для увеличения мощности двигателя или снижения расхода топлива.
 
Увеличение рабочего объема - Большой рабочий объем способствует увеличению мощности, т.к. при каждом обороте двигателя сгорает больше топлива. Увеличить рабочий объем можно, установив большие или дополнительные цилиндры. Практика показывает, что не имеет смысла устанавливать более 12 цилиндров.
 
Увеличение степени сжатия - Увеличение степени сжатия способствует увеличению мощности. Однако, чем сильнее происходит сжатие топливно-воздушной смеси, тем выше вероятность ее самовозгорания (еще до срабатывания свечи зажигания). Высокооктановый бензин предотвращает раннее сгорание топлива. Именно по этой причине мощные автомобили необходимо заправлять высокооктановым бензином - в их двигателях используется более высокая степень сжатия для увеличения мощности.
Увеличение объема подаваемой смеси - При увеличении подачи воздуха (и, соответственно, топлива), не изменяя размер цилиндра, можно увеличить мощность (точно также, как при увеличении размера цилиндра). Турбокомпрессоры и компрессоры наддува повышают давление поступающего воздуха, благодаря чему в цилиндр можно подать больше воздуха. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает турбокомпрессор".
 
Охлаждение поступающего воздуха - При сжатии воздуха, его температура повышается. Поэтому лучше обеспечивать подачу более холодного воздуха в цилиндр, т.к. чем выше температура воздуха, тем меньше его расширение при сгорании. По этой причине во многих двигателях с наддувом и турбонаддувом используются охладители воздуха. Охладитель воздуха - это специальный радиатор, по которому сжатый воздух проходит для охлаждения перед подачей в цилиндр. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система охлаждения".
 
Облегчение подачи воздуха  - При движении поршня вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух впускных клапанов на каждый цилиндр. В некоторых современных автомобилях используются полированные впускные коллекторы для снижения сопротивления воздуха. Установка больших воздушных фильтров также может улучшить подачу воздуха.
 
Облегчение выпуска выхлопа - При выпуске выхлопа из цилиндра, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух выпускных клапанов на каждый цилиндр (автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на каждый цилиндр, что увеличивает мощность двигателя - когда Вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у него 4 цилиндра и 16 клапанов, это означает, что в двигателе установлено по четыре клапана на каждый цилиндр). Если выхлопная труба слишком узкая или сопротивление воздуха в глушителе слишком высокое, то это может создать противодавление, что также снизит мощность. В высокоэффективных выхлопных системах используются выпускные коллекторы, широкие выхлопные трубы и глушители для предотвращения образования противодавления в выхлопной системе. Поэтому, когда Вы слышите, что в автомобиле установлена "раздельная система выпуска", это значит, что для улучшения выпуска отработанных газов используется две выхлопных трубы вместо одной.
 
Снижение массы - Чем легче детали, тем эффективнее работает двигатель. Каждый раз, когда поршень меняет направления движения, он затрачивает энергию на то, чтобы прекратить движение в одну сторону и начать в другую. Чем легче поршень, тем меньше энергии ему требуется.
 
Впрыск топлива - Система впрыска топлива обеспечивает очень точное дозирование топлива для каждого цилиндра. Благодаря этому увеличивается мощность и снижается расход топлива. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система впрыска топлива".
 
  
Часто задаваемые вопросы по двигателям
 
Ниже приведены наиболее часто задаваемые вопросы наших читателей, а также ответы на них:
 

  • Чем отличаются бензиновые и дизельные двигатели? В дизельных двигателях отсутствует свеча зажигания. Дизельное топливо подается в цилиндр, возгорание происходит под действием тепла и давления во время такта сжатия. Энергетическая плотность дизеля значительно выше, чем у бензина, поэтому дизельный двигатель рассчитан на больший пробег. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает дизельный двигатель".
 
  • Чем отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели? В большинстве бензопил и лодочных моторов используются двухтактные двигатели. В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны, а свеча зажигания дает искру каждый раз, когда поршень находится в верхней точке хода. Через отверстие в нижней части стенки цилиндра происходит впуск топлива и воздуха. Когда поршень движется вверх, сжимая смесь, свеча зажигания дает искру для начала процесса сгорания, отработанные газы выходят через другое отверстие в стенке цилиндра. В двухтактных двигателях необходимо смешивать масло с бензином, т.к. отверстия в стенках цилиндров не допускают использование уплотнительных колец для герметизации камеры сгорания. В общем, двухтактные двигатели являются достаточно мощными для своих размеров, т.к. в них на один поворот двигателя происходит в два раза больше циклов сгорания. Однако, двухтактный двигатель расходует больше бензина и сжигает большое количество масла, соответственно, он наносит больший вред экологии. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает двухтактный двигатель".
 
  • В этой статье Вы упоминали паровые двигатели - существуют ли какие-либо преимущества паровых двигателей или других двигателей внешнего сгорания? Единственное преимущество паровых двигателей заключается в том, что в качестве топлива можно использовать все, что горит. Например, в паровом двигателе в качестве топлива можно использовать уголь, газеты, дрова, в то время как для работы двигателя внутреннего сгорания требуется очищенное высококачественное жидкое или газообразное топливо. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает паровой двигатель".
 
  • Используются ли в автомобильных двигателях какие-либо другие циклы помимо цикла Отто? Как говорилось ранее, в двухтактных и дизельных двигателях используются другие циклы работы. В двигателе автомобиля Mazda Millenia используется модифицированный цикл Отто, который называется цикл Миллера. В газотурбинных двигателях используется цикл Брайтона. В дизельных ротационных двигателях Ванкеля используется цикл Отто, однако он происходит совершенно по-другому в отличие от четырехтактных поршневых двигателей.
 
  • Зачем нужно устанавливать восемь цилиндров? Почему нельзя установить один большой цилиндр с таким же рабочим объемом, как у восьми цилиндров? По ряду причин в 4.0л двигателе используется восемь цилиндров объемом пол-литра каждый, а не один большой 4-литровый цилиндр. Основная причина - это равномерность работы. V-образный восьмицилиндровый двигатель работает более равномерно, т.к. в нем происходит восемь взрывов с равными интервалами вместо одного сильного взрыва. Другая причина - это начальный крутящий момент. Когда Вы заводите V-образный восьмицилиндровый двигатель, Вам необходимы только два цилиндра (1л) во время их тактов сжатия, если использовать один большой цилиндр, то придется производить сжатие 4 литров.
 
Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
 
Количество цилиндров в двигателе играет важную роль в его мощности. Каждый цилиндр имеет поршень, который движется внутри него, эти поршни соединены с коленвалом и вращают его. Чем больше используется поршней, тем больше происходит сгораний топлива в определенный момент времени. Это означает, что за меньшее время может быть выработано больше мощности.
 
4-цилиндровые двигатели обычно имеют "прямое" или "линейное" расположение цилиндров, в то время как в 6-цилиндровых двигателях используется более компактное V-образное расположение, поэтому они и называются V-образные 6-цилиндровые двигатели. Американские производители автомобилей остановили свой выбор на V-образных 6-цилиндровых двигателях, т.к. являются более мощными и тихими, оставаясь при этом достаточно легкими и компактными для установки в автомобили.
 

4-цилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров автомобиля Lotus Elise
 
Исторически сложилось так, что американские автовладельцы отвернулись от 4-цилиндровых двигателей, считая их медленными, слабыми, работающими неравномерно и дающими слабое ускорение. Однако, когда такие японские производители автомобилей, как Honda и Toyota стали устанавливать мощные 4-цилиндровые двигатели в 1980-х и 90-х, американцы по достоинству оценили эти компактные двигатели. Даже, несмотря на то, что такие японские автомобили, как Toyota Camry имели огромный успех по сравнению с  аналогичными моделями американских производителей, в США продолжался выпуск автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями, т.к. считалось, что американцам необходимы мощные автомобили. На сегодняшний день, в связи с ростом цен на бензин и обострившейся экологической ситуацией, Детройт переходит на 4-цилиндровые двигатели благодаря их низкому расходу топлива и меньшим выбросам в атмосферу.
 

3,8л V-образный 6-цилиндровый двигатель с турбонаддувом автомобиля Nissan GT-R.
 
Что касается будущего 6-цилиндровых двигателей, то за последние годы были максимально устранены различия между 4-цилиндровыми и 6-цилиндровыми двигателями. Для того, чтобы соответствовать требованиям низкого расхода бензина и уровня выхлопных газов, производители приложили много усилий по улучшению работы 6-цилиндровых двигателей. Большинство современных автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями соответствуют стандартам расхода топлива уровня выхлопов, установленных для компактных 4-цилиндровых двигателей. Таким образом, различия в эффективности и мощности этих двух типов двигателей ослабевают, и принятие решения о покупке 4-цилиндрового или 6-цилиндрового двигателя сводится к их стоимости. Что касается моделей автомобильных, доступных с обоими типами двигателей, конфигурация с 4-цилиндровым двигателем стоит дешевле до $1000 по сравнению с 6-цилиндровым. Таким образом, независимо от мощности автомобиля, 4-цилиндровый двигатель поможет Вам сэкономить.
 
И, напоследок: Не стоит пытаться установить 6-цилиндровый двигатель на автомобиль, в котором изначально стоял 4-цилиндровый. Переоборудование автомобиля с 4-цилиндровым двигателем для установки 6-цилиндрового может обойтись Вам дороже, чем покупка нового автомобиля.
 
 
Источник:  https://auto.howstuffworks.com/

Клапаны в двигателе - как они работают

Газы поступают в камеру сгорания и выходят из нее через проходы в головке блока цилиндров, называемые порта , Этот поток газов контролируется клапанами. Есть два комплекта клапанов - один для управления впуском и один для выпуска. Клапаны должны создавать минимальное препятствие потоку газов, когда они открыты, и создавать газонепроницаемое уплотнение, когда они закрыты.

На такте впуска впускной клапан будет открыт, и смесь воздуха и топлива может войти.Затем клапан закроется, так что смесь можно сжать и сжечь, затем выпускной клапан открывается на такте выпуска, так что сгоревшая смесь может быть вытеснена движением поршня вверх.

Клапаны управляются распределительным валом, который в нужное время открывает каждый клапан - либо напрямую, либо через рычажный механизм. Клапаны должны быть синхронизированы с поршнем, чтобы они открывались и закрывались в нужный момент при ходе поршня. ремень ГРМ (Cambelt по-британски) или ГРМ проходит между коленчатым валом и распределительным валом, связывая их вместе, синхронизируя их.

Клапан в сборе

Ранние двигатели экспериментировали со всеми видами конструкций клапанов, но в течение примерно ста лет автомобильные двигатели использовали одну и ту же конструкцию: тарельчатый клапан.

Каждый клапан находится в круглом отверстии, образованном в крыше камеры сгорания. В закрытом состоянии между клапаном и поверхностью, на которую он давит, будет плотное уплотнение, известное как седло клапана , Клапан держится закрытым пружина клапана который толкает против диска, прикрепленного к штоку клапана, называемого фиксатор ,

Давление вытесняющих выхлопных газов сильнее, чем вакуум, втягивающий воздух и топливо. Легче продувать газы давлением, чем всасывать их в вакууме. Вы можете попробовать это самостоятельно, дыша через трубочку для питья, заполнение легких занимает больше времени, чем опорожнение. Это означает, что выхлопные газы перемещаются легче, и поэтому впускные клапаны больше (или более многочисленны), чем впускные клапаны, чтобы обеспечить большую площадь для впускного потока.

клапан

Сам клапан состоит из круглой головки, соединенной с длинным штоком.Шток проходит в направляющей клапана и гарантирует, что клапан может двигаться только вверх и вниз, а не шевелиться из стороны в сторону.

Клапан состоит из двух частей и затем сварен вместе. Головка обычно изготавливается из нержавеющей стали, а стержень из высокоуглеродистой стали. Клапаны в основном изготавливаются из закаленной стали или более экзотических материалов, таких как титан, в высокоэффективных двигателях.

Когда клапан закрыт, он соприкасается с поверхностью по периметру порта клапана.Эта поверхность, на которой сидит клапан, называется седло клапана , Седло должно быть гладким, поскольку оно обеспечивает уплотняющую поверхность, а максимальный контакт между клапаном и седлом гарантирует, что головка цилиндра способна поглощать тепло от клапана. С чугунной головкой седло клапана будет обработано непосредственно в головке, тогда как для более мягких алюминиевых головок, которые не могут противостоять коррозии выхлопных газов, седло клапана будет сделано из более прочного металла и запрессовано в головку.

Впускной и выпускной клапаны нагреваются во время работы.Это тепло должно рассеиваться, и это тепло в основном передается через поверхность клапана, через седло клапана и в головку цилиндров, где оно уносится протекающей охлаждающей жидкостью. Тепло также проникает вверх по штоку и через направляющие клапана в головку. Некоторые рабочие стержни клапанов заполнены натрием, который плавится и разбрызгивается внутри штока для улучшения теплопередачи.

[Диаграмма теплового потока в клапанах]

Выпускные клапаны имеют более прочный срок службы, чем впускные клапаны, они подвергаются воздействию более высоких температур, поскольку горячие выхлопные газы текут вокруг и позади них.Они проводят свою трудовую жизнь в тесном контакте с горячими, агрессивными выхлопными газами и поэтому изготовлены из сверхпрочных, жаростойких и коррозионных материалов.

Направляющие клапанов

Клапаны проходят через отверстие в порту, это отверстие будет футеровано трубкой точного фрезерования, называемой направляющая клапана , Направляющая клапана установлена ​​очень близко вокруг стержня клапана, чтобы предотвратить любое боковое движение или покачивание. Плотная посадка означает, что поверхность клапана находится в идеальном положении с седлом клапана.

Этот малый зазор предотвращает утечку масла в отверстие, а также помогает остановить подачу сжатых газов через шток клапана в головку цилиндров.

Направляющие клапанов дополнительно закрыты уплотнение штока клапана Это, в основном, уплотнительное кольцо, которое уплотняет шток клапана, предотвращая попадание избыточного количества масла и газов через направляющую клапана в порт. Некоторое количество масла желательно в направляющей клапана, чтобы предотвратить износ и обеспечить бесперебойную работу.

Пружина клапана

Каждый клапан удерживается закрытым пружина клапана ,Пружина удерживает клапан закрытым, а также удерживает узел клапана в контакте с распределительным валом или коромысла, когда клапан открыт. Чтобы открыть клапан, шток клапана должен давить на натяжение пружины. Сила пружины клапана имеет большое значение.

[Иллюстрация поплавка клапана]

Слишком сильный, и мы тратим силы на открытие и закрытие клапанов, а также увеличиваем износ клапанного механизма. Но если пружина слишком слаба, она не сможет закрыть клапан достаточно быстро на высоких скоростях, клапан будет не в контакте с распределительным валом в состоянии, известном как поплавковый клапан которого мы хотим избежать во все времена.

Пружина клапана располагается вокруг штока клапана и толкается вверх по круглой пластине, называемой фиксатор клапана который заблокирован вокруг штока клапана.

Фиксатор фиксируется на штоке с помощью двух клапанные держатели (также известный как клапаны, цанги или замки). Держатели клапанов имеют коническую форму и вставляются в пазы на штоке клапана, предотвращая скольжение держателя вверх по штоку.

Клапанные подъемники

Клапанные клапаны также называется клапанных подъемников или толкателей цилиндрические проставки, которые находятся между верхней частью штока клапана и кулачком или кулисой.О них мы подробно поговорим в статье о распределительном валу.

распределительный вал

Функция клапанов очень тесно связана с функцией распределительного вала, и оба действуют вместе, причем распределительный вал управляет открытием и закрытием клапанов. Прочитайте статью о распределительном валу для полной картины клапанного механизма.

Неисправности клапана

Поврежденные клапаны вызовут плохое сжатие и серьезные проблемы с двигателем.Результат отказа клапана в одном цилиндре будет находиться где-то в масштабе между неработающим двигателем и плохой работой - в зависимости от количества цилиндров в двигателе.

Отказ клапана почти всегда приводит к потере сжатия в поврежденных цилиндрах из-за отказа клапана запечатать камеру.

Сгоревшие клапаны

А сгоревший клапан происходит, когда часть поверхности клапана повреждена в результате нагрева или коррозии.Если клапан не сидит идеально, из-за изгиба или небольшой трещины, то выхлопные газы могут просочиться через небольшую область в клапане. Концентрация газов в этой области будет стремиться попасть в головку клапана, вызывая дальнейший износ. Сгоревший клапан вызовет плохое уплотнение вокруг клапана, что приведет к потере сжатия в цилиндре.

Гнутый клапан

Клапаны находятся в постоянном движении с поршнями, синхронизированными с помощью ремня ГРМ или цепи.Если ремень ГРМ защелкивается или прыгает, то мощный поршень может коснуться клапана, и это приведет к изогнутый клапан , Двигатель, в котором поршень и клапан могут перекрываться, известен как интерференционная конструкция - большинство современных двигателей дизайн помех , невмешательный двигатель имеет зазор между поршнем и клапаном, даже когда клапан полностью открыт и поршень находится на вершине своего хода.

После того, как клапан согнут, он не сможет правильно сесть, что приведет к плохому сжатию.В зависимости от силы контакта между поршнем и клапаном, может быть нанесено дополнительное повреждение направляющей клапана.

,

Двигатель - как клапаны открываются и закрываются

клапан который позволяет смесь в цилиндр впускной клапан; тот, через который выходят отработавшие газы, является выпускным клапаном. Они предназначены для открытия и закрытия в точные моменты времени, чтобы позволить двигатель эффективно бегать на всех скоростях.

Операция контролируется грушевидными лепестками, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распределительный вал движимый цепью, ремнем или набором шестерни из коленчатый вал ,

Где распределительный вал установлен в блокировка двигателя , маленькие металлические цилиндры толкатели сидеть в каналах над каждым кулачком, и из толкателей металлический толкатель выдвигается в крышка цилиндра ,Вершина каждого толчка встречает коромысло который опирается на шток клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной пружина клапана ,

Когда толкатель поднимается на кулачке, он поворачивает рычаг качания, который толкает клапан вниз (открывается) к давление своей весны. Как кулачок вращается дальше, пружина клапана действует, чтобы закрыть клапан. Это называется системой верхних клапанов (OHV).

Некоторые двигатели не иметь толкателей; клапаны управляются более непосредственно с помощью одинарных или двойных распределительных валов в самой головке блока цилиндров системы кулачка верхнего расположения.

Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, способ с верхним кулачком (OHC) более эффективен и вырабатывает больше мощности для двигателя с заданной мощностью, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях. В любой из этих систем должен быть некоторый свободный ход рабочего механизма, чтобы клапан мог полностью закрыться, когда детали расширились за счет нагрева.

Предварительно установленный щуп зазор важно между шток клапана и коромысла или кулачка для расширения.Зазоры в толкателе сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.

Если зазор слишком велик, клапаны открываются поздно и закрываются рано, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.

Слишком маленький зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей компрессия ,

Некоторые двигатели имеют саморегулирующиеся толкатели, которые гидравлически управляются давлением масла в двигателе.

Система верхних клапанов (OHV), управляемая толкателями, имеет коленчатый вал рядом с коленчатым валом в блоке цилиндров и параллельно ему.

По мере вращения коленчатого вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, толкателя и коромысла. Клапан закрыт давлением пружины.

Цепь привода распределительного вала звездочка имеет в два раза больше зубьев, чем звездочка коленвала, так что распределительный вал вращается с половинной частотой вращения двигателя.

Двигателю с верхними кулачками (OHC) требуется меньше деталей для работы клапанов. Кулачки действуют непосредственно на ковшовые толкатели или на короткие рычаги - известные как пальцы - которые, в свою очередь, действуют непосредственно на стержни клапана.

Система обходится без дополнительного веса и механической сложности толкателей и коромысел.

Длинная цепь часто используется для привода распределительного вала от звездочки на коленчатом валу, но такая длинная цепь имеет тенденцию к «кнуту». В некоторых конструкциях эта проблема решается путем установки промежуточных звездочек и двух более коротких приводных цепей, которые находятся под напряжением.

Система клапанов двигателя и системы зажигания

Большинство подсистем двигателя могут быть реализованы с использованием различных технологий, а более совершенные технологии могут улучшить производительность двигателя. Давайте рассмотрим все различные подсистемы, используемые в современных двигателях, начиная с системы клапанов.

Система клапанов состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Система открывания и закрывания называется распределительным валом .Распределительный вал имеет выступы, которые перемещают клапаны вверх и вниз, как показано в Рисунок 5 .

Большинство современных двигателей имеют так называемые верхние кулачки . Это означает, что распределительный вал расположен над клапанами, как показано на рисунке 5. Кулачки на валу приводят клапаны в действие непосредственно или через очень короткое соединение. В старых двигателях использовался распредвал, расположенный в поддоне возле коленчатого вала.

Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленчатый вал с распределительным валом, так что клапаны синхронизированы с поршнями.Распределительный вал предназначен для поворота на половину скорости вращения коленчатого вала. Многие высокопроизводительные двигатели имеют четыре клапана на цилиндр (два для впуска, два для выхлопа), и для этого устройства требуется два распределительных вала на ряд цилиндров, отсюда и фраза «двойные верхние кулачки».

Этот контент не совместим с этим устройством.

Система зажигания (рис. 6) производит электрический заряд высокого напряжения и передает его к свечам зажигания через провода зажигания .Сначала заряд поступает к распределителю , который вы можете легко найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, идущий в центре, и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящих из него. Эти проводов зажигания посылают заряд каждой свече зажигания. Двигатель рассчитан на то, чтобы только один цилиндр одновременно получал искру от распределителя. Такой подход обеспечивает максимальную плавность.

Мы рассмотрим, как двигатель вашего автомобиля запускается, охлаждает и циркулирует воздух в следующем разделе.

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020