Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как работают поршни 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/

Основные детали двигателя | HowStuffWorks

Сердцевиной двигателя является цилиндр с поршнем, движущимся вверх и вниз внутри цилиндра. Одноцилиндровые двигатели типичны для большинства газонокосилок, но обычно автомобили имеют более одного цилиндра (четыре, шесть и восемь цилиндров являются общими). В многоцилиндровом двигателе цилиндры обычно располагаются одним из трех способов: , рядные , , V или , плоские (также известные как горизонтально расположенные или боксерские), как показано на рисунках слева.

Итак, четыре линейки, которые мы упоминали в начале, - это двигатель с четырьмя цилиндрами, расположенными в одну линию. Различные конфигурации имеют различные преимущества и недостатки с точки зрения гладкости, стоимости изготовления и характеристик формы. Эти преимущества и недостатки делают их более подходящими для определенных транспортных средств.

Давайте рассмотрим некоторые ключевые детали двигателя более подробно.

Свеча зажигания

Свеча зажигания подает искру, которая зажигает смесь воздуха и топлива, так что может произойти сгорание. Искра должна произойти как раз в нужный момент, чтобы все работало правильно.

Клапаны

Впускной и выпускной клапаны открываются вовремя, чтобы впустить воздух и топливо и выпустить выхлоп. Обратите внимание, что оба клапана закрыты во время сжатия и сгорания, поэтому камера сгорания закрыта.

Поршень

Поршень представляет собой цилиндрический кусок металла, который перемещается вверх и вниз внутри цилиндра.

Поршневые кольца

Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешним краем поршня и внутренним краем цилиндра. Кольца служат двум целям:

  • Они предотвращают утечку топливно-воздушной смеси и выхлопных газов в камере сгорания в поддон во время сжатия и сгорания.
  • Они предотвращают утечку масла в поддоне в зону сгорания, где оно будет сожжено и потеряно.

Большинство автомобилей, которые "сжигают масло" и должны добавлять кварту каждые 1000 миль, жгут его, потому что двигатель старый и кольца больше не герметизируют вещи должным образом. Многие современные автомобили используют более современные материалы для поршневых колец. Это одна из причин, почему двигатели работают дольше и могут работать дольше между сменами масла.

Шатун

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом.Он может вращаться на обоих концах, так что его угол может меняться при движении поршня и вращении коленчатого вала.

Коленчатый вал

Коленчатый вал превращает движение поршня вверх-вниз в круговое движение, точно так же, как это делает кривошип на домкрате.

отстойник

Масляный поддон окружает коленчатый вал. Он содержит некоторое количество масла, которое собирается на дне поддона (масляного поддона).

Далее мы узнаем, что может пойти не так с двигателями.

,

Как работает двигатель моей машины. Узнайте о ремонте двигателя, поршнях коленвала и многом другом.

Автомобильный Двигатель

Сегодняшний двигатель представляет собой набор современных деталей и систем, которые обеспечивают движущую силу, которая поможет вам в будущем. Современная электроника и материалы, возможно, сделали ремонт двигателей более сложным, но базовая компоновка двигателя не изменилась за эти годы. При правильном уходе и питании вашего двигателя он будет мурлыкать долгие годы.Лучший способ начать изучение работы вашего двигателя - разбить его на части и изучить функции каждой детали.

Поршни:

Большинство распространенных двигателей имеют 4, 6 или 8 поршней, которые перемещаются вверх и вниз в цилиндрах. На верхней стороне поршня находится то, что называется камерой сгорания, где топливо и воздух смешиваются перед воспламенением. С другой стороны - картер, заполненный маслом. Поршни имеют кольца, которые служат для предотвращения попадания масла в камеру сгорания, а топлива и воздуха - в масло.Поршни изготовлены из легкого алюминиевого сплава и предназначены для плавания в цилиндре без контакта со стенками цилиндра. Они плавают на тонком слое масла, которое находится ниже колец. Если кольца выйдут из строя, масло может просочиться в камеру сгорания, и вы увидите серый дым из выхлопной трубы. Если кольца изнашиваются или вы теряете масло в двигателе, поршни могут повредить стенки цилиндра, повредив двигатель и требуя восстановления.

Коленчатый вал:

Коленчатый вал соединен с поршнями посредством шатуна.Когда поршень движется вверх и вниз в цилиндре, он вращает коленчатый вал и преобразует прямолинейное движение во вращательное движение.

Valvetrain:

Valvetrain состоит из клапанов, коромысел, толкателей, подъемников и кулачкового вала. Единственная работа клапанов - работа гаишника. Это позволяет воздуху и топливу входить и выходить из двигателя в нужное время. Время регулируется распределительным валом, который синхронизируется с коленчатым валом цепью или ремнем.

Теперь, когда у нас есть общий обзор участвующих частей, давайте поговорим о том, что происходит во время нормальной работы вашего двигателя.Большинство автомобильных двигателей сегодня - это 4-тактные (или 4-тактные) двигатели, то есть они имеют четыре различных события, составляющих цикл. Четырехтактному двигателю требуется два полных оборота коленчатого вала для завершения цикла. Ниже приведены 4 полных части 4-тактного цикла ...

* ход впуска:

Распределительный вал открывает впускной клапан, и поршень движется вниз по цилиндру. Это создает вакуум и всасывает воздух и топливо в камеру сгорания над поршнем.

* Ход сжатия:

Когда поршень начинает двигаться вверх по цилиндру, впускной клапан закрывается и герметизирует камеру сгорания. Причины, по которым воздух и топливо сжимаются.

* Рабочий ход:

Когда топливо сжимается и поршень приближается к верхней части цилиндра, зажигание зажигает и зажигает топливо и воздух. Этот взрыв толкает поршень обратно в цилиндр и приводит в движение коленчатый вал.

* Ход выхлопа:

После того, как поршень достигает нижней части цилиндра, открывается выпускной клапан, и газы, оставшиеся от топлива и воздуха, направляются в выхлопную систему.

Чтобы получить более глубокое представление о двигателе, взгляните на бесплатный предварительный просмотр компакт-диска Road Machines.

Соедините эти четыре события в указанном выше порядке, и у вас будет полный цикл. Ты еще спишь? Этого достаточно, давайте поговорим о реальном мире и проблемах, с которыми вы можете столкнуться в вышеупомянутых частях.

Поршни:

Помните, я говорил о кольцах, которые закрывают камеру сгорания от картера. Кольца со временем имеют тенденцию к износу.Когда они изнашиваются, они позволяют топливу и воздуху проникать в масло и разбавлять его. Это разбавление снижает способность масла смазывать двигатель и может привести к преждевременному износу. Также, если кольца изнашиваются, они могут пропускать масло из картера в камеры сгорания. Это приведет к сгоранию масла и выходу из выхлопной трубы в виде серовато-белого дыма. Если ваш автомобиль извергает серовато-белый дым и он не останавливается в течение первых нескольких минут после запуска, возможно, вы услышите предупреждающие сигналы.Если дым исчезает после запуска, посмотрите в секцию клапана.

Коленчатый вал:

Коленчатый вал опирается на подшипники, которые со временем изнашиваются. Подшипники поддерживают коленчатый вал, а также шатуны, которые соединяют поршни с коленчатым валом. Громкий среднестатистический стук в двигателе указывает на большую часть времени, чтобы предупредить подшипники. Обычно это дорогостоящий ремонт, который включает в себя удаление коленчатого вала и обработку поверхности, на которой движутся подшипники, или замену всего коленчатого вала.Чтобы избежать проблем такого типа, используйте масло высокого качества, меняйте масло с рекомендуемыми интервалами (3 месяца или 3000 миль - безопасное число) и всегда поддерживайте уровень масла между сменами масла. Во многих случаях более выгодно покупать двигатель, заменяющий двигатель, чем восстанавливать его, если у вас поврежден подшипник коленчатого вала. Ваш механик может дать вам лучшее представление о затратах.

Valvetrain:

Помните о проблеме масляного дыма, упомянутой выше в разделах поршня.Если ваш автомобиль при запуске пускает только серовато-белый дым, возможно, у вас протекают уплотнения клапанов. Уплотнения клапана предотвращают утечку масла сверху клапана в камеру сгорания. Когда они изнашиваются, они могут позволить маслу просочиться в камеру сгорания и накапливаться там, пока вы снова не запустите двигатель. Как правило, масло не вытекает через уплотнения клапанов во время работы двигателя, так как уплотнения расширяются вместе с теплом двигателя и устраняют утечку.

Другая распространенная проблема - цепь или ремень ГРМ соскользнут или даже порвутся, что приведет к прекращению вращения распределительного вала.Помните, что распределительный вал сообщает клапанам, когда открываться, и если он прекращает вращаться, то клапаны прекращают открываться и закрываться. Клапан не двигается, двигатель не работает :-)

Применительно к цепям привода ГРМ и ремням вы будете использовать термин «двигатель интерференции». Когда двигатель является «двигателем помех», поршни и клапаны находятся настолько близко друг к другу, что, если клапаны прекратят движение (оборванный ремень или цепь), а коленчатый вал продолжит вращаться, они упадут в поршень.(это интерференция) Эта авария имеет тенденцию причинять вред двигателю, ломать клапан, изгибать толкатели и даже взламывать поршни. Вот почему большинство производителей рекомендуют менять цепь или ремень ГРМ каждые 60 000 миль. Ремни ГРМ высыхают, растягиваются и портятся со временем, поэтому даже если у вас нет 60 000 миль на автомобиле, подумайте о смене ремня после того, как ему исполнится 6 лет. Если вам интересно, является ли ваш двигатель двигателем помех, вы можете уточнить у Гейтса, который изготавливает ремни ГРМ, и файл PDF, в котором будет указано, является ли ваш двигатель двигателем помех и рекомендуемый интервал обслуживания.

Профилактическое обслуживание:

* Регулярно меняйте масло и используйте рекомендуемый вес масла. Проверьте ваше руководство по эксплуатации или под капотом для правильного использования масла.

* Дайте вашему двигателю возможность прогреться перед началом движения, если это возможно. Это позволит маслу проникнуть во все части двигателя, прежде чем вы нагрузите двигатель. Это еще более важно при более низких температурах, когда масло холодное и вялое.

* Замените ремень или цепь привода ГРМ с рекомендованным производителем интервалом.

* Избегайте добавок "змеиного масла", рекламируемых по телевизору поздним вечером. Регулярные замены масла и хорошие привычки к техническому обслуживанию обеспечат наилучшую работу двигателя.

* Если у вас двигатель с турбонаддувом, дайте двигателю остыть минуту или две, прежде чем выключать его. Этот период охлаждения позволяет маслу циркулировать и охлаждать подшипники в турборежиме. Если вы сразу же после тяжелой езды выключите двигатель, масло может скапливаться вокруг горячих подшипников и создавать проблемы на дороге.

* Если вам нужно заменить двигатель, обсудите преимущества покупки подержанного и нового. Если вы планируете оставить машину на некоторое время, лучшим выбором может стать новый двигатель. Иногда новые двигатели не намного дороже, чем восстановленные, и предлагают лучшее решение.

* При попытке диагностировать шумы двигателя будьте как можно более информативными. Обратите внимание на то, когда возникает шум, в каком положении дроссельной заслонки и когда шум начал возникать. Иногда изменение веса используемого масла может привести к появлению нового шума.Убедитесь, что ваш механик знает, если вы недавно изменили марки масла или вес.

Куда дальше?

,

Как работают поршневые кольца - блог NAPA Know How

Двигатель - это простое механическое устройство, на самом деле воздушный насос, использующий поршни и клапаны для всасывания и выталкивания воздуха. Поршни в блоке двигателя должны быть запечатаны внутри каждого цилиндра, чтобы процесс был эффективным. Поскольку поршни проходят миллион раз в течение всего срока службы двигателя, уплотнения имеют решающее значение. Это делается с помощью ряда колец, которые проходят вокруг верхней половины поршня, прикрепляя его к стенке цилиндра.Когда поршневые кольца изнашиваются, эффективность двигателя страдает.

Как они работают

Поршневые кольца

изготовлены из металла, типичные серийные двигатели используют чугунные кольца, тогда как в высокопроизводительных двигателях могут использоваться кольца из ковкого чугуна с хромированной или хромированной поверхностью. Чугун хорош для восстановления запасов, но это все.

Это кольца, которые вы найдете на большинстве поршней. С левого верхнего кольца, второго кольца, масляных колец и этого конкретного комплекта имеется опорная рейка, которая используется на поршнях, где поршневой палец находится в середине масляных колец.

Кольца из ковкого чугуна экономичны и хороши для сборки двигателя. Если оставить их как есть (без дополнительной облицовки материала), они, как правило, имеют мощность до двух лошадиных сил на кубический дюйм, поэтому безнаддувный двигатель мощностью 350 кубических дюймов мощностью 600 л.с. может безопасно работать с простыми кольцами из ковкого чугуна. Увеличивая мощность или добавляя повышение или закись, кольца должны быть модернизированы.

Во многих поршневых кольцах с высокими эксплуатационными характеристиками используется кольцо из ковкого чугуна и добавляется облицовка, например, из молибденовой плазмы, которая добавляет твердость и защиту для повышения частоты вращения и ускорения.Многие драгстеры с верхним топливом используют плазмо-молочные ковкие кольца для их долговечности, но они также меняются при каждом пробеге, так что примите это за то, что оно того стоит.

Современные двигатели имеют все более узкие поршневые кольца, отчасти из-за улучшения производственных процессов и улучшения качества материалов. Чем уже кольцо, тем хрупче они становятся. По этой причине сборка с использованием узких колец означает, что вам нужен самый прочный материал. Стальные кольца на 20 процентов (или более) прочнее, чем кольца из ковкого чугуна, что делает их идеальным выбором для узких колец.

По мере сужения колец прочность должна увеличиваться. Кольца из ковкого чугуна очень прочные и прощающие. Обратите внимание на «верхнюю» отметку на лицевой стороне кольца, это указывает на вершину кольца. Не устанавливайте их с ног на голову. Там может быть ямочка или точка, кроме слов.

лошадиных сил - не единственное преимущество узкого стального кольца. Поскольку кольцо очень узкое, оно уменьшает трение и в то же время может лучше соответствовать стенке цилиндра, поэтому двигатель более эффективен и лучше уплотняется.Это означает меньшее количество масла и меньше выбросов. Стальные кольца служат дольше, но для их разрушения требуется больше времени. Стальные кольца могут быть из обычной углеродистой стали или нержавеющей стали, однако нержавеющие кольца нельзя использовать в стандартном отверстии двигателя без азотирования титана или хрома.

Кольцевые покрытия

, такие как плазменный молибден, титан, хром и керамика, являются хорошими вариантами для высокопроизводительных двигателей. Эти покрытия часто используются для конкретных сборок двигателя, таких как грунтовая дорога (хром для защиты от грязи).Азотирование хрома не отслаивается, как обычное хромирование.

Moly кольца ломаются быстрее, чем хром, и они имеют лучшую теплостойкость. Недостаток колец с молибденовой поверхностью состоит в том, что при детонации молибденовый материал может быть значительно поврежден. Моли кольца также не годятся для алкогольного топлива.

Конструкция профиля кольца является еще одной переменной. Большинство обычных колец используют квадратное лицо как для верхнего, так и для второго колец. Эта конструкция функциональна и герметизирует цилиндр, но есть и лучшие альтернативы.Бочкообразные профили, как по центру, так и со смещением, обеспечивают отличное уплотнение и длительный срок службы. Верхнее кольцо с квадратной поверхностью со временем изнашивается до естественной формы бочки, так как эта форма с самого начала обеспечивает более длительный срок службы кольца.

Этот бочкообразный профиль уменьшает износ колец, так как все кольца со временем становятся бочкообразными. Этот конкретный профиль показывает, как выполняется плазменное наполнение. Только наружный край покрыт плазменным молибденом для долговечности.

Второе кольцо обычно имеет квадратную форму, конусообразную форму или форму напира.Конусообразное лицо - это просто слегка изогнутый край. Это для улучшенной очистки стенок цилиндра от масла. Основная работа второго кольца - контроль масла, уплотнение камеры сгорания - дальняя секунда. Профиль Napier - это квадратное кольцо с вырезанной в нижней части канавкой. Эта канавка отводит масло от стенки цилиндра, уменьшая трение и улучшая контроль масла. Кольца Napier восприимчивы к повреждениям от сильного наддува. Это связано с тем, что крючок утончает кольцо по краю.

Это кольцо в стиле Napier, обратите внимание, как внешний край имеет форму крючка. Эта канавка отводит масло от стенок цилиндра, уменьшая трение и продувку. Этот профиль является дизайном Napier. Подрезанная область сметает масло со стены и устраняет трение. Фото предоставлено Federal-Mogul Этот бочкообразный профиль уменьшает износ колец, так как все кольца со временем становятся бочкообразными. Этот конкретный профиль показывает хромированный слой.Только внешний край покрыт металлом для долговечности. Фото предоставлено Federal-Mogul

Верхнее кольцо предназначено для контроля 90 процентов газов сгорания, второе кольцо обрабатывает последние 10-20 процентов. Последний набор колец называется масляными кольцами, которые соскребают большую часть масла со стенок цилиндра. Масляные кольца на самом деле представляют собой серию из трех частей - двух тонких хромированных или азотированных стальных колец с гофрированным расширительным кольцом в центре. Производительность и серийные двигатели используют одинаковую конструкцию и не зря - это работает.Два тонких кольца герметично закрывают стенки цилиндра, в отличие от одного масляного кольца. Гофрированный расширитель обеспечивает дренажный канал для быстрого удаления масла.

Масляные контрольные кольца сделаны из трех отдельных частей, вместе они делают отличную работу. Когда все три компонента контроля масла собраны вместе, они выглядят так. Верхнее и нижнее кольца скребут стенки цилиндра, а расширительное кольцо удерживает их в движении. Фото предоставлено Federal-Mogul

Когда поршневые кольца выходят из строя

Поршневые кольца должны иметь дело с целым рядом проблем.Плохой газ (детонация и пинг), грязный воздух и топливо, а также загрязненное масло - все это уменьшает срок службы поршневых колец. Обслуживание фильтров на вашем двигателе и регулярная замена масла сильно влияют на срок службы колец. После износа колец их способность герметизировать газообразные продукты сгорания станет очевидной.

Первый признак износа поршневых колец - обдув. Это обычно будет видно через выхлопную трубу. Выдувание голубого дыма из выхлопных газов означает, что двигатель горит маслом. Вы можете заметить, что моторное масло разряжается быстрее, чем раньше.Курение масла впервые появляется при холодных пусках двигателя. Когда двигатель прогревается, поршни и кольца расширяются, герметизируя стенки, уменьшая количество выдуваемого масла через кольца. Со временем кольца изнашиваются до такой степени, что происходит постоянный обдув, и машина все время курит. Это также может быть связано с износом уплотнений клапанов.

Другая проблема с продувкой - это сгорание газов, поступающих в картер. Это означает топливо и побочные продукты сгорания в масле. Поскольку эти химикаты проникают в масло, масло теряет свою вязкость и способность охлаждать и смазывать двигатель.Вы должны менять масло чаще, чтобы поддерживать двигатель в чистоте.

В конце концов износ становится настолько сильным, что происходит потеря мощности, слишком много газов сгорания теряется в картере и слишком много масла попадает в камеру сгорания. Это приводит к загрязненным свечам зажигания и плохо работающему двигателю.

Есть несколько очень хороших жидких ремонтных химикатов, доступных для слегка изношенных колец двигателя. Эти продукты покрывают кольца толстой масляной пленкой, которая поможет им на некоторое время запечатать стенки двигателя.Они не вечны и работают только на двигателях от умеренного до умеренного износа. Эффекты изношенных колец на некоторое время маскируются, но двигатель нужно будет восстановить.

Проверьте все детали двигателя , доступные на NAPA Online, или обратитесь в одно из 17 000 наших мест NAPA AutoCare для планового технического обслуживания и ремонта. Для получения дополнительной информации о поршневых кольцах, пообщайтесь с опытным экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.