Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы

При сжигании горючей смеси легковоспламеняющихся продуктов и воздуха выделяется больше энергии. Кроме того, при воспламенении смеси она значительно увеличивается в объеме, повышается давление в эпицентре возгорания, по сути происходит небольшой взрыв с выделением энергии. Этот процесс взят за основу.

Если сгорание осуществляется в замкнутом пространстве, создаваемое при сгорании давление будет давить на стены этого помещения. Если одну из стен сделать подвижной, то давление, стремясь увеличить объем замкнутого пространства, сместит эту стену. Если к этой стене прикрепить стержень, он уже будет выполнять механическую работу — отодвигаясь, он толкнет этот стержень. Соединяя шток с кривошипом, во время движения он заставляет кривошип вращаться вокруг своей оси.

Таков принцип работы силового агрегата с внутренним сгоранием: есть замкнутое пространство (гильза цилиндра) с подвижной стенкой (поршнем). Стенка соединена с кривошипом (коленчатым валом) тягой (шатун). Затем выполняется обратное действие: кривошип, совершая полный оборот вокруг оси, толкает штангу стенку и затем возвращается назад.

Но это только принцип работы с объяснением простых компонентов. На самом деле процесс кажется немного более сложным, ведь сначала необходимо обеспечить поступление смеси в цилиндр, сжать его для лучшего воспламенения, а также удалить продукты сгорания. Эти действия называются барами.

Всего тактов 4:

• впускной (смесь поступает в цилиндр);
• сжатие (сжатие смеси происходит за счет уменьшения объема внутри гильзы от поршня);
• рабочий ход (после зажигания смесь за счет расширения толкает поршень вниз);
• выход (удаление продуктов горения с покрытия для подачи следующей порции смеси);

Ход поршневого двигателя

Отсюда следует, что только переворот имеет положительный эффект, остальные три — подготовительные. Каждый ход сопровождается определенным движением поршня. Он движется вниз во время впуска и хода и вверх во время сжатия и выпуска. А поскольку поршень соединен с коленчатым валом, каждый ход соответствует определенному углу поворота вала вокруг оси.

Реализация тактов в двигателе осуществляется двумя способами. Первый — с перекрывающимися мерами. В таком двигателе все такты выполняются при полном пуске коленчатого вала. То есть полоборота колена вала, при котором движение поршня вверх или вниз сопровождается двумя ходами. Эти двигатели называются двухтактными.

Второй способ — отдельные меры. Движение поршня сопровождается однократным ходом. Следовательно, для выполнения полного цикла работы требуется 2 оборота колен вала вокруг оси. Эти двигатели получили обозначение 4-х тактных.

Блок цилиндров

Теперь о самом устройстве ДВС. Основа любой установки — блок цилиндров. Все компоненты находятся в нем и на нем.

Конструктивные особенности блока зависят от определенных условий: количества цилиндров, их расположения, способа охлаждения. Количество цилиндров, которые объединяются в один блок, может варьироваться от 1 до 16. Кроме того, блоки с нечетным числом цилиндров встречаются редко, из выпускаемых в настоящее время двигателей можно встретить только одно- и трехцилиндровые агрегаты. Большинство агрегатов имеют одинаковое количество цилиндров: 2, 4, 6, 8 и реже 12 и 16.

Четыре блока цилиндров

Силовые установки от 1 до 4 цилиндров обычно имеют рядные цилиндры. Если количество цилиндров больше, они располагаются в два ряда с определенным углом положения одного ряда относительно другого, так называемые силовые установки с V-образным расположением цилиндров. Такая компоновка позволила уменьшить габариты агрегатов, но при этом их изготовление сложнее, чем линейная компоновка.

Блок цилиндров восьмой

Есть еще один тип блока, в котором цилиндры расположены в два ряда под углом друг к другу 180 градусов. Эти двигатели называют боксерами. В основном они встречаются на мотоциклах, хотя есть автомобили с таким типом трансмиссии.

Но условие количества цилиндров и их расположения не является обязательным. Есть 2- и 4-цилиндровые двигатели с V-образными или оппозитными цилиндрами, а также 6-цилиндровые рядные двигатели.

На электростанциях используется два типа охлаждения: воздушное и жидкостное. От этого зависит конструктивная особенность блока. Агрегат с воздушным охлаждением меньше по размеру и проще по конструкции, поскольку цилиндры в его конструкцию не входят.

Блок жидкостного охлаждения более сложный, в его конструкцию входят цилиндры, а сверху на блоке с цилиндрами расположена рубашка охлаждения. Внутри него циркулирует жидкость, отводя тепло от цилиндров. В этом случае блок вместе с рубашкой охлаждения образуют единое целое.

Сверху блок накрывается специальной пластиной — коллектором (коллектором). Это один из компонентов, обеспечивающих замкнутое пространство, в котором происходит процесс горения. Его конструкция может быть простой, без включения дополнительных механизмов, или сложной.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Несмотря на разнообразие типов и конструкций двигателей внутреннего сгорания, принцип его устройства остается практически неизменным на любой технике. Конечно, отдельные конструктивные элементы могут сильно различаться на разных двигателях, но компоненты и основные компоненты очень похожи друг на друга.

Следовательно, двигатель внутреннего сгорания состоит из таких конструктивных элементов.

1. Блок цилиндров (БЦ) — это «оболочка» ЦПГ и всего двигателя в целом, включая рубашку системы охлаждения.

   Цилиндрический блок

2. Кривошипно-шатунный механизм, он же КШМ, представляет собой агрегат, в котором прямолинейное движение поршня преобразуется во вращательное. Он состоит из коленчатого вала, поршней, шатунов, маховика и подшипников скольжения (вкладышей), на которых опираются коленчатый вал и шатуны.

   Кривошипно-шатунный механизм: 1 — цилиндр; 2 — маховик; 3 — шатунный подшипник; 4 — коленчатый вал; 5 — колено; 6 — коренной подшипник; 7 — шатун.

3. Газораспределительный механизм (ГРМ) — это система подачи топливовоздушной смеси в цилиндры и отвода выхлопных газов. Он состоит из распределительных валов, клапанов с коромыслами или шатунами, ремня ГРМ, благодаря которому вся система работает синхронно с частотой вращения коленчатого вала.

   Механизм газораспределения

4. Топливная система — это агрегат, в котором подготавливается топливовоздушная смесь, которая затем подается в камеры сгорания. В зависимости от конструкции топливная система может быть карбюраторной (одна форсунка на двигатель), инжекторной (форсунки устанавливаются перед впускным клапаном каждого цилиндра), с прямым впрыском (форсунка устанавливается внутри камеры сгорания). Включает топливный бак с фильтром и насосом, карбюратор (опция), впускной коллектор, форсунки, ТНВД (в дизельных двигателях), воздухозаборник с воздушным фильтром.

   Система электроснабжения

5. Система смазки двигателя — обеспечивает смазку каждого узла трения, а также участков, требующих дополнительного охлаждения (например, в нижней части поршней). Он состоит из масляного насоса, соединенного с коленчатым валом, системы труб и каналов, выходящих на пары сцепления, масляного фильтра, масляного поддона. В зависимости от конструкции различают двигатели с сухим и мокрым картером. В первом емкость для сбора моторного масла расположена отдельно, во втором — непосредственно под двигателем.

   Система смазки двигателя: 1 — масляный насос; 2 — пробка сливного отверстия картера; 3 — маслоприемник; 4 — редукционный клапан; 5 — отверстие для смазки шестерен ГРМ; 6 — датчик сигнальной лампы аварийного давления масла; 7 — датчик манометра масла; 8 — клапан маслоохладителя; 9 — маслоохладитель; 10 — масляный фильтр.

6. Система зажигания — нужна для воспламенения топливной смеси в камере сгорания. Применяется только в бензиновых двигателях, так как дизельное топливо воспламеняется от сжатия. Включает свечи зажигания, провода высокого напряжения, катушки зажигания и распределитель (распределитель) на старых двигателях. В современных двигателях система зажигания обходится без распределителя, а также без проводов: используется конструкция «катушка на вилке».

   Система зажигания двигателя: 1 — генератор; 2 — выключатель зажигания; 3 — распределитель зажигания; 4 — кулачок переключателя; 5 — свечи; 6 — катушка зажигания; 7 — аккумуляторная батарея.

7. Система охлаждения: обеспечивает поддержание заданной рабочей температуры двигателя. Система жидкостного охлаждения состоит из охлаждающей жидкости (охлаждающей жидкости, антифриза), рубашки охлаждения (сети камер и каналов внутри блока цилиндров), теплообменника (радиатора охлаждения), водяного насоса и термостата.

   Система охлаждения

8. Электрическая система является источником энергии, необходимой для запуска двигателя и поддержания его работы. Электрическая система включает аккумулятор, генератор, стартер, проводку и датчики двигателя.
9. Выхлопная система — удаляет продукты сгорания из двигателя, выполняет функцию доочистки выхлопных газов, регулирует шум двигателя. Состоит из выпускного коллектора, катализатора и сажевого фильтра (опция), резонатора, глушителя.

Система вытяжки

Каждая из этих частей постепенно развивается и совершенствуется в соответствии с требованиями времени. Желание увеличить мощность сменилось поиском более надежных и долговечных решений, поэтому появилась экономия топлива, и сегодня она заботится о природе.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипный механизм, который является частью конструкции двигателя, преобразует возвратно-поступательное движение поршня во втулке во вращательное движение коленчатого вала. Главный элемент этого механизма — коленчатый вал. Он имеет подвижное соединение с блоком цилиндров. Такое соединение обеспечивает вращение вала вокруг оси.

К одному концу вала прикреплен маховик. Работа маховика заключается в дальнейшей передаче крутящего момента от вала. Так как в 4-тактном двигателе на два оборота коленчатого вала приходится только половина оборота при полезном действии — один рабочий ход, остальное требует обратного действия, которое совершает маховик. Обладая значительной вращающейся массой, благодаря своей кинетической энергии он обеспечивает запуск колен вала во время подготовительных мероприятий.

Устройство маховика

По окружности маховика имеется зубчатый венец, с помощью которого запускается силовая установка.

С другой стороны вала находится шестерня привода масляного насоса и газораспределительного механизма, а также фланец для фиксации шкива.

Этот механизм также включает в себя шатуны, которые передают мощность от поршня к коленчатому валу и наоборот. Соединение с шатунным валом также подвижное.

Поверхности блока цилиндров, колен вала и шатунов в местах шарниров не соприкасаются напрямую, между ними находятся подшипники скольжения — гильзы.

Устройство двигателя внутреннего сгорания: описание основных узлов ДВС

В этом разделе описывается назначение и конструкция отдельных узлов поршневого двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм

Поршни в цилиндрах двигаются вперед и назад. Кривошип вместе с шатунами преобразует это движение во вращение вала. Механизм называется кривошипно-шатунным (КШМ). Он состоит из U-образного вала, называемого коленчатым валом, блока цилиндров, головки блока цилиндров (ГБЦ) и опор.

Газораспределительная система

Головка блока цилиндров регулирует подачу обогащенной смеси в цилиндры. Процесс происходит благодаря согласованным по времени циклам открытия и закрытия группы клапанов, которые подают смесь и выпускают выхлопные газы. Кроме того, система газораспределения направляет выхлопные газы наружу. Клапаны управляются распределительным валом, который соединен с коленчатым валом через зубчатую или ременную передачу. Вращаясь, распределительный вал заставляет нужные клапаны открываться и закрываться в строго определенный момент.

Вся система состоит из распределительного вала и клапанных блоков. Ремонт головки часто бывает сложным, так как требует аккуратной установки уплотнителей. Если уплотнения установлены неправильно, может возникнуть утечка воздуха и топлива. Это нарушает баланс топливной смеси.

Система питания

В цилиндры подается не чистое топливо, а часть смеси, состоящая из топлива, обогащенного воздухом. Карбюратор смешивает бензин с воздухом, то есть обогащает топливо. Затем приготовленная смесь поступает в камеру через коллектор, называемый входным.

Если ДВС оснащен инжектором, бензин высокого давления подается непосредственно во впускной коллектор. Впрыск происходит через форсунки. Бензин и воздух смешиваются не в карбюраторе, а непосредственно во впускном коллекторе.

Топливо циркулирует в топливной системе из-за работы насоса. В карбюраторных двигателях устанавливаются механические насосы. Впрыск — электрический.

Инжекторные двигатели обычно оснащены электронным зажиганием. Такое зажигание более эффективно, чем зажигание свечи зажигания, так как воспламенение топливовоздушной смеси контролируется бортовым компьютером. Для его эффективной работы в автомобиле установлены специальные датчики, которые собирают все необходимые данные для компьютера.

Зажигание

В карбюраторных двигателях всегда есть так называемые свечи зажигания. Они генерируют дугу, воспламеняющую топливную смесь. В народе такую ​​дугу принято называть искрой. В таких автомобилях система зажигания состоит из свечей зажигания и аккумулятора.

В дизельных двигателях процесс сгорания смеси принципиально иной. Он воспламеняется. Это стало возможным благодаря уникальным свойствам дизельного топлива. Подача дизельного топлива в цилиндр осуществляется через форсунки высокого давления. Предварительно воздух в камере цилиндра также сжимается и нагревается до 700 градусов. В таких условиях дизельное топливо самовозгорается мгновенно.

Выхлопная система

Отвод газов наружу осуществляется системой отвода продуктов сгорания — выхлопной системой. Ядовитые газы сначала направляются в выпускной коллектор, который собирает выхлопные газы из всех цилиндров. Из коллектора через глушитель выводится газ, содержащий большое количество вредных веществ.

Последние модели всех автомобилей теперь доступны только с каталитическими нейтрализаторами. Они значительно снижают токсичность выхлопных газов, адаптируя их к экологическим нормам.

Система смазки

В машине много деталей вращения. Во время работы двигателя детали, которые трутся друг о друга, активно изнашиваются. Для уменьшения износа и повышения эффективности двигателя каждое транспортное средство оборудовано замкнутой системой циркуляции смазочного материала. Масло в систему подается масляным насосом. Перед попаданием в двигатель масло проходит через фильтр, где очищается от скопившихся загрязнений. По распределительной системе масло подается на подшипники коленчатого вала и в газораспределительный механизм для смазки деталей распределительного вала. Отработанное масло затем попадает в картер, специально сконструированный чашеобразный контейнер. Масло снова забирается из картера насосом и отправляется на следующий цикл смазки.

Из-за работы системы смазки происходит засорение фильтров, что снижает степень чистоты. Недостаточная чистота ухудшает характеристики масла. Когда фильтры забиваются, давление масла начинает расти. Для сброса давления и обеспечения безопасной работы компонентов автомобиля устанавливаются предохранительные клапаны или так называемые редукционные клапаны, которые срабатывают при превышении давления масла. Эти клапаны срабатывают из-за засорения фильтров. Своевременная замена масла и фильтров — обязательное условие эффективной работы ДВС.

Во время работы двигателя масло нагревается, что также негативно сказывается на работе двигателя. Все мощные двигатели работают с собственной системой охлаждения масла. Их обычно называют маслоохладителями.

Системы охлаждения

При длительной эксплуатации моторы могут нагреваться до довольно высоких температур. Температура внешней поверхности цилиндров достигает нескольких сотен градусов. Ни одна машина не может эффективно работать при таких высоких температурах. Поэтому конструкторы разработали системы охлаждения узлов автомобиля. Принцип работы таких систем заключается в передаче тепла от нагретых деталей теплоносителю. Следует отметить, что состав таких жидкостей и их свойства постоянно улучшаются производителями.

Самым узнаваемым элементом системы охлаждения является радиатор, который обычно располагается в начале моторного отсека, прямо перед двигателем. Такое расположение позволяет дополнительно охлаждать радиатор поступающим потоком воздуха. Для повышения эффективности радиатора перед ним установлен мощный вентилятор.

Радиатор снижает температуру самой охлаждающей жидкости после отвода тепла от цилиндров. Вся система охлаждения состоит из термостата, насоса, небольшого расширительного бачка и внутреннего нагревательного устройства.

Система охлаждения термостатированная. Если двигатель еще не прогрелся до критических значений, насос направляет охлаждающую жидкость по так называемому «малому» кругу, то есть только внутри самого двигателя. Когда термостат включается, жидкость проходит через радиатор, охлаждаясь гораздо эффективнее.

Порог термостата обычно составляет 90 градусов. В некоторых моделях автомобилей температура срабатывания термостата может быть установлена ​​выше или ниже этого значения.

Длительная эксплуатация любого автомобиля невозможна без эффективной системы охлаждения.

Конструктивные особенности

ДВС — это сложный технический агрегат, включающий в себя ряд систем и механизмов. В конце. 20 век В основном был произведен переход от карбюраторных топливных систем ДВС к системе впрыска, при этом повышена равномерность распределения и точность дозирования топлива по цилиндрам и стало возможным (в зависимости от режима) больше гибко контролировать образование топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Это улучшает мощность и экономичность двигателя.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из корпуса, двух механизмов (кривошипа и газораспределения) и ряда систем (впуск, топливо, зажигание, смазка, охлаждение, выпуск и система управления). Корпус ДВС состоит из узлов и неподвижных (блок цилиндров, картер, головка блока цилиндров) и подвижных частей, которые объединены в группы: поршень (поршень, поршневой палец, компрессионные кольца и маслосъемник), шатун, коленчатый вал. Топливная система подготавливает горючую смесь топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, которое зависит от мощности двигателя. Система зажигания ДсИЗ предназначена для зажигания рабочей смеси искрой с помощью свечи зажигания в строго определенные моменты времени в каждом цилиндре, в зависимости от режима работы двигателя. Система пуска (стартер) используется для предварительного вращения вала двигателя внутреннего сгорания с целью надежного воспламенения топлива. Система подачи воздуха очищает воздух и снижает шум всасывания с минимальными гидравлическими потерями. Когда они находятся под давлением, включаются один или два компрессора и, при необходимости, воздухоохладитель. Выхлопная система осуществляет отвод выхлопных газов. Распределение газа обеспечивает своевременный впрыск нового заряда смеси в цилиндры и выпуск выхлопных газов. Система смазки служит для уменьшения потерь на трение и износ движущихся частей, а иногда и для охлаждения поршней. Система охлаждения поддерживает необходимый тепловой режим работы ДВС; это может быть жидкость или воздух. Система управления предназначена для координации работы всех элементов ДВС с целью обеспечения его высокой производительности, низкого расхода топлива, необходимых экологических показателей (токсичность и шумность) на всех режимах работы в различных условиях эксплуатации с заданной надежностью.

Основными преимуществами двигателя внутреннего сгорания перед другими двигателями являются независимость от постоянных источников механической энергии, небольшие размеры и вес, что делает их широко используемыми на автомобилях, сельскохозяйственных машинах, тепловозах, кораблях, самоходной военной технике и т.д.с двигателями внутреннего сгорания, как правило, имеют высокую автономность, их можно просто установить рядом или на самом объекте энергопотребления, например, на мобильных электростанциях, самолетах и ​​т д двигатель внутреннего сгорания — мощность пуска быстро при нормальных условиях. Двигатели, работающие при низких температурах, оснащены специальными устройствами для облегчения и ускорения запуска.

Недостатками двигателя внутреннего сгорания являются: ограниченная совокупная мощность по сравнению, например, с паровыми турбинами; высокий уровень шума; относительно высокая частота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность его прямого соединения с ведущими колесами потребителя; токсичность выхлопных газов. Основная конструктивная особенность двигателя — возвратно-поступательное движение поршня, ограничивающее скорость, является причиной возникновения неуравновешенных инерционных сил и моментов от них.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания направлено на повышение их мощности, КПД, уменьшение массы и габаритов, соблюдение экологических требований (снижение токсичности и шума), обеспечение надежности при приемлемом соотношении цены и качества. Очевидно, что двигатель внутреннего сгорания недостаточно экономичен и, по сути, имеет невысокий КПД. Несмотря на все технологические ухищрения и интеллектуальную электронику, КПД современных бензиновых двигателей составляет около тридцати процентов. Самые дешевые дизельные двигатели внутреннего сгорания имеют КПД 50%, то есть они также выбрасывают в атмосферу половину топлива в виде вредных веществ. Однако последние разработки показывают, что двигатели внутреннего сгорания можно сделать действительно эффективными. Компания EcoMotors International модернизировала двигатель внутреннего сгорания, сохранив поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик, но новый двигатель на 15-20% эффективнее, а также намного легче и дешевле в производстве. В этом случае двигатель может работать на разных видах топлива, включая бензин, дизельное топливо и этанол. Это связано с противоположной конструкцией двигателя, где камера сгорания состоит из двух поршней, движущихся навстречу друг другу. При этом двигатель двухтактный и состоит из двух модулей по 4 поршня в каждом, соединенных специальной муфтой с электронным управлением. Двигатель полностью управляется электроникой, что обеспечивает высокий КПД и минимальный расход топлива.

Двигатель оснащен турбонагнетателем с электронным управлением, который восстанавливает энергию выхлопных газов и вырабатывает электричество. В целом двигатель имеет простую конструкцию, в нем на 50% меньше деталей, чем в обычном двигателе. У него нет замка под голову, он изготовлен из обычных материалов. Двигатель очень легкий: на 1 кг веса вместе с ним вырабатывается более 1 литра мощности. (более 0,735 кВт). Опытный двигатель EcoMotors EM100 с размерами 57,9 x 104,9 x 47 см весит 134 кг и выдает вместе с ним 325 л.с. (Прибл. 239 кВт) при 3500 об / мин (дизель), диаметр цилиндра 100 мм. Расход топлива для пятиместного автомобиля с двигателем EcoMotors должен быть крайне низким, на уровне 3-4 литров на 100 км.

Рис. 3. Двигатель внутреннего сгорания компании «Grail Engine Technologies»

Компания Grail Engine Technologies разработала уникальный высокопроизводительный двухтактный двигатель. Так, при расходе 3-4 л на 100 км двигатель выдает вместе 200 л мощности. (около 147 кВт). Двигатель объемом 100 литров вместе с весит менее 20 кг и объемом 5 литров вместе с. — всего 11 кг. При этом ДВС «Двигатели Грааля» соответствуют строжайшим экологическим стандартам. Сам двигатель состоит из простых деталей, большей частью изготовленных методом литья (рис. 3). Эти особенности связаны со схемой работы «Grail Engine». При движении поршня вверх в нижней части создается разрежение воздуха, и через специальный клапан из углеродного волокна воздух попадает в камеру сгорания. В какой-то момент движения поршня начинает подавать топливо, затем в верхней мертвой точке с помощью трех обычных электрических свечей зажигания происходит воспламенение топливовоздушной смеси, клапан в поршне закрывается. Поршень опускается, цилиндр наполняется выхлопными газами. Достигнув нижней мертвой точки, поршень снова начинает движение вверх, воздушный поток выходит из камеры сгорания, выталкивая выхлопные газы, рабочий цикл повторяется.

Компактный и мощный двигатель Grail идеально подходит для гибридных автомобилей, где бензиновый двигатель вырабатывает электричество, а электродвигатели приводят в движение колеса. В таком автомобиле «Двигатель Грааля» будет работать в оптимальном режиме без резких скачков напряжения, что значительно увеличит срок его службы, снизит шум и расход топлива. В то же время модульная конструкция позволяет подключать два и более одноцилиндровых двигателя «Грааль» к общему коленчатому валу, что позволяет создавать рядные двигатели различной мощности.

В двигателе внутреннего сгорания используются как обычные, так и альтернативные виды топлива. Перспективно использование в транспортных двигателях внутреннего сгорания водорода, который имеет высокую теплотворную способность и не содержит СО и СО2 в выхлопных газах. Однако есть проблемы с дороговизной его получения и хранения в транспортном средстве. Испытываются варианты комбинированных (гибридных) автомобильных силовых установок, в которых двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели работают вместе.

Подавляющее большинство автомобилей используют нефтепродукты в качестве топлива для двигателей. При сгорании этих веществ выделяются газы. В замкнутом пространстве они создают давление. Сложный механизм воспринимает эти нагрузки и преобразует их сначала в поступательное движение, а затем во вращательное движение. На этом основан принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, вращение уже передается на ведущие колеса.

Цилиндро-поршневая группа

В эту группу входят гильзы цилиндров, поршни, поршневые кольца и пальцы. Именно в этой группе происходит процесс горения и передача энергии, выделяющейся для преобразования. Горение происходит внутри гильзы, которая с одной стороны закрыта головкой блока, а с другой — поршнем. Сам поршень может перемещаться внутри гильзы.

Для обеспечения максимального уплотнения внутри гильзы используются эластичные ленты, предотвращающие утечку смеси и продуктов сгорания между стенками гильзы и поршнем.

Поршень подвижно соединен с шатуном с помощью пальца.

Газораспределительный механизм

Задача этого механизма — своевременная подача горючей смеси или ее компонентов в цилиндр, а также отвод продуктов сгорания.

Двухтактные двигатели не имеют механизма как такового. В нем подача смеси и отвод продуктов горения осуществляются технологическими окнами, выполненными в стенах обшивки. Таких окон три: вход, байпас и выход.

Поршень при движении открывает и закрывает то или иное окно, так гильза заполняется топливом и удаляются выхлопные газы. Использование такого газораспределителя не требует дополнительных агрегатов, поэтому ГБЦ такого двигателя простая, а ее задача — только обеспечить герметичность цилиндра.

4-х тактный двигатель имеет механизм газораспределения. Топливо для такого двигателя подается через специальные отверстия в головке. Эти отверстия закрываются клапанами. При необходимости подачи топлива или выхлопных газов из цилиндра открывается соответствующий клапан. Открытие клапанов обеспечивает распредвал, который своими кулачками в нужный момент давит на нужный клапан и открывает его отверстие. Распредвал приводится в движение коленчатым валом.

Ремень ГРМ и цепная передача

Времена могут отличаться. Двигатели выпускаются с нижним распределительным валом (расположен в блоке цилиндров) и верхним распределительным валом (в головке блока цилиндров). Передача усилия от вала к клапанам происходит через штоки и коромысла.

Наиболее распространены двигатели, в которых и вал, и клапаны находятся наверху. При таком расположении вал также находится в головке блока цилиндров и воздействует непосредственно на клапан, без промежуточных элементов.

Система питания

Эта система обеспечивает подготовку топлива к его дальнейшей подаче в цилиндры. Конструкция этой системы зависит от топлива, используемого двигателем. Главный из них — это топливо, отделенное от нефти, с разными фракциями: бензин и дизельное топливо.

Бензиновые двигатели имеют два типа топливных систем: карбюраторную и инжекторную. В первой системе формирование смеси осуществляется в карбюраторе. Он дозирует и подает топливо в проходящий через него воздушный поток, затем эта смесь подается в цилиндры. Такая система состоит из топливного бака, топливных магистралей, вакуумного топливного насоса и карбюратора.

Система карбюратора

То же самое и в инъекционных машинах, но их дозировка более точная. Кроме того, топливо в форсунках добавляется к воздушному потоку уже во впускном коллекторе через форсунку. Эта форсунка распыляет топливо, обеспечивая лучшее смесеобразование. Система впрыска состоит из бака, расположенного внутри него насоса, фильтров, топливопроводов и топливной рампы с форсунками, установленных на впускном коллекторе.

В дизельных двигателях компоненты топливной смеси подаются отдельно. Газораспределительный механизм только через клапаны подает воздух в цилиндры. Топливо в цилиндры подается отдельно, через форсунки и под высоким давлением. Эта система состоит из бака, фильтров, топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунок.

Разница между дизельным двигателем и бензиновым двигателем

В последнее время появились системы впрыска, работающие по принципу дизельной топливной системы — инжектор с непосредственным впрыском.

Система удаления выхлопных газов обеспечивает удаление продуктов сгорания из цилиндров, частичную нейтрализацию вредных веществ и снижение шума при удалении выхлопных газов. Состоит из выпускного коллектора, резонатора, катализатора (не всегда) и глушителя.

Система смазки

Система смазки обеспечивает снижение трения между взаимодействующими поверхностями двигателя за счет создания специальной пленки, предотвращающей прямой контакт между поверхностями. Кроме того, он отводит тепло, защищает элементы двигателя от коррозии.

Система смазки состоит из масляного насоса, масляной емкости: поддона, масляного патрубка, масляного фильтра, каналов, по которым масло движется к трущимся поверхностям.

Четыре такта

Любой двигатель работает по циклу, состоящему из нескольких тактов, то есть ходов (движений) поршня. Большинство автомобильных двигателей четырехтактные.

Рассмотрим удары бензинового двигателя:

1. Впуск: впускной клапан открывается, топливовоздушная смесь поступает в камеру сгорания, и поршень опускается.
2. Сжатие: оба клапана закрыты, поршень поднимается, сжимая и нагревая смесь.
3. Рабочий ход: оба клапана закрыты, под действием электрической искры от свечи зажигания происходит воспламенение сжатой и нагретой топливовоздушной смеси, образующиеся при этом газы толкают поршень вниз.
4. Выхлоп: выпускной клапан открыт, поршень движется вверх, выталкивая выхлопные газы в сторону выхлопной трубы.

Впоследствии цикл повторяется. В дизельном двигателе вместо свечи зажигания устанавливается форсунка, и зажигание смеси происходит не от искры, а за счет сжатия — впрыска дизельного топлива через форсунку высокого давления. В этом случае впускной клапан только подает воздух в камеру сгорания. Кстати, в некоторых современных бензиновых двигателях инжектор тоже впрыскивает топливо прямо в цилиндр.

Система охлаждения

Система охлаждения поддерживает оптимальную рабочую температуру при работающем двигателе. Используются два типа систем: воздушная и жидкостная.

Воздушная система обеспечивает охлаждение за счет обдува цилиндров воздухом. Для лучшего охлаждения на цилиндрах сделаны ребра охлаждения.

В жидкостной системе охлаждение осуществляется жидкостью, которая циркулирует в охлаждающей рубашке в непосредственном контакте с внешней стенкой рубашек. Такая система состоит из рубашки охлаждения, водяного насоса, термостата, патрубков и радиатора.

Система зажигания

Система зажигания применяется только на бензиновых двигателях. На дизельных двигателях смесь воспламеняется от сжатия, поэтому в такой системе нет необходимости.

В бензиновых автомобилях зажигание осуществляется искрой, которая в определенный момент прыгает между электродами свечи накаливания, установленной в головке блока так, чтобы ее юбка располагалась в камере сгорания цилиндра.

Система зажигания состоит из катушки зажигания, трамблера (трамблера), проводки и свечей зажигания.

Электрооборудование

Он снабжает это оборудование электричеством в бортовую сеть автомобиля, включая систему зажигания. Это оборудование также используется для запуска двигателя. В его состав входят аккумулятор, генератор, стартер, жгут проводов, всевозможные датчики, контролирующие работу и состояние двигателя.

В этом весь прибор двигателя внутреннего сгорания. Хотя он постоянно совершенствуется, принцип его действия не меняется, совершенствуются только отдельные узлы и механизмы.

Четырехтактный ДВС

Количество рабочих циклов — одна из важнейших характеристик любого двигателя внутреннего сгорания. Ниже приводится описание взаимодействия поршня с клапанами поочередно на каждом такте. Напоминаем, что 1 цикл — это 4 такта.

В первый проход вводится смесь. Топливо смешивается с воздухом. Поршень перемещается в наивысшую точку. В камере сгорания создается область низкого давления — вакуум. Впускной клапан открывает отверстие в камере для подачи смеси. Коленчатый вал начинает первый оборот.

Во втором цикле смесь сжимается. Впускной клапан закрывается. Поршень, достигнув наивысшей точки, сжимает богатую топливную смесь. Коленчатый вал совершает первый оборот.

Рабочий ход выполняется в третьем такте. Обогащенная смесь воспламеняется. В бензиновых двигателях зажигание производится электрической дугой от свечи зажигания. В дизельных двигателях топливо воспламеняется в процессе сжатия. Расширяющееся облако газа заставляет поршень двигаться вниз. Начало второго оборота коленвала.

В четвертом такте происходит освобождение. Выпускной клапан открывается. Газы отводятся в коллектор, а затем отводятся наружу. Поршень начинает двигаться вверх. Дерево завершает второй оборот.

Таким образом, за 1 рабочий цикл этот двигатель совершает 4 такта, во время которых вал поворачивается дважды.

Современные разработки

Основная задача, к которой стремятся автопроизводители, — снизить расход топлива и выбросы вредных веществ в атмосферу. Поэтому они постоянно улучшают топливную систему, результатом чего является недавнее внедрение систем прямого впрыска.

Ищутся альтернативные виды топлива, новейшей разработкой в ​​этом направлении является использование спиртов и растительных масел в качестве топлива.

Ученые также пытаются наладить производство двигателей с совершенно другим принципом работы. Таков, например, двигатель Ванкеля, но пока он не имел особого успеха.