Принцип работы и устройство ДВС автомобиля

Владельцы легковых авто условно делятся на 2 категории. Первые только эксплуатируют транспортное средство и в случае неисправности обращаются к мастерам автосервиса. Вторые стараются экономить, обслуживая машину самостоятельно по мере сил. Чтобы успешно справляться с возникающими проблемами, таким водителям стоит знать устройство двигателя автомобиля, расположение основных элементов и принцип действия силового агрегата.

Конструкция моторов внутреннего сгорания

«Сердце» любого авто состоит из двух частей – блока цилиндров и головки (ГБЦ). Первый представляет собой литой корпус из чугуна либо алюминия с каналами для смазки и охлаждающей жидкости. По оси блока сделаны отверстия большого диаметра – цилиндры (4 или 6 шт.) со стальными гильзами, внутри которых движутся поршни.

Устройство ДВС нельзя назвать слишком сложным. Если досконально разобраться в расположении и роли основных деталей, многое становится понятно. Блок цилиндров служит базой для крепления следующих элементов:

• снизу на подшипниках скольжения прикручен коленчатый вал, сообщающийся с трансмиссией (коробкой передач);
• на идентичных подшипниках к коленвалу крепятся шатуны – их число равняется количеству цилиндров;
• на концах шатунов посредством пальцев закреплены поршни с тремя кольцами каждый, первое – маслосъемное, оставшиеся два – компрессионные;
• на одном конце коленчатого вала установлен зубчатый маховик для вращения стартером, на втором – шкив, приводящий в движение газораспределительный механизм и прочие агрегаты;
• снизу к отдельному фланцу прикручен масляный насос, подающий моторную смазку в каналы двигателя;
• нижняя часть блока закрыта поддоном картера, где содержится основной запас масла;
• со стороны шкива в корпус вмонтирована помпа – насос, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости.

Примечание. Для простоты здесь рассматривается бензиновый силовой агрегат с рядным расположением цилиндров. О двигателях других типов речь пойдет ниже.

Сверху к блоку прикручена алюминиевая головка цилиндров, уплотнением данного соединения служит специальная прокладка. На нижней плоскости детали выполнены углубления – камеры сгорания – с отверстиями для клапанов и свечей зажигания. Строение ГБЦ двигателя включает такие элементы:

• кулачковый распределительный вал, крутящийся на подшипниках скольжения, стоит на верхней части головки;
• в отверстиях камер сгорания установлены впускные и выпускные клапаны тарельчатого типа, удерживаемые пружинами;
• между кулачками распредвала и штоками клапанов предусмотрены компенсаторы, автоматически регулирующие тепловые зазоры;
• на конце распределительного вала закреплен шкив, сообщающийся с главной шестерней коленвала посредством ременной либо цепной передачи;
• сверху газораспределительный механизм закрыт клапанной крышкой, оснащенной горловиной для заливки масла.

К газораспределительному механизму относятся клапаны, гидрокомпенсаторы и распредвал с цепной (ременной) передачей.

Как работает ДВС?

Принцип работы двигателя автомобиля – циклический, каждый цикл состоит из 4 тактов (отсюда второе название силовых агрегатов – четырехтактные):

1. Впуск – поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней, втягивая горючую смесь. Последняя подается через открытый впускной клапан.
2. Сжатие. Оба клапана закрыты, поршень прошел нижнюю точку и двигается вверх, сдавливая топливовоздушную смесь.
3. Рабочий ход. После воспламенения сжатой смеси искрой от свечи выделяются расширяющиеся газы. Поршень, прошедший ВМТ, под давлением газов снова уходит вниз – совершается полезная работа.
4. Выпуск. Открывается выхлопной клапан и поршень выталкивает отработанные газы из цилиндра и камеры сгорания.

Как нетрудно догадаться, рабочим телом в двигателе служит раскаленная смесь газов, выделяющаяся при сжигании топлива. Она передает энергию горения поршням, шатунам и коленчатому валу, проделывая механическую работу. Причем во всех цилиндрах протекают разные циклы: в одном – сжатие, в другом – выхлоп, в третьем – рабочий ход, в четвертом – всасывание.

По сути, движение автомобиля обеспечивает только один цилиндр, в котором происходит цикл рабочего хода. Затем эстафета передается следующему цилиндру – поршни вращают коленчатый вал поочередно. Чтобы понять роль основных деталей мотора, предлагается подробнее разобрать алгоритм работы ДВС:

1. На цикле всасывания коленвал посредством ремня (цепи) поворачивает распределительный вал в такое положение, чтобы кулачок нажал и открыл впускной клапан соответствующего цилиндра.
2. В этот момент форсунка инжектора либо карбюратор подает в камеру готовую топливную смесь. Одновременно в соседних цилиндрах клапаны открываются либо открыт только выпускной – в зависимости от происходящего цикла.
3. Дальнейшее вращение распредвала закрывает клапан и происходит сжатие горючего в замкнутом пространстве.
4. При максимальном сжатии (поршень находится в ВМТ) система зажигания посылает импульс на электроды свечи. Искра поджигает смесь и начинается рабочий ход, клапаны остаются закрытыми.
5. Когда полезная работа совершена, другой кулачок распределительного вала открывает второй (выпускной) клапан. Через него отработанные газы, выталкиваемые поршнем, уходят в выхлопную трубу.

От коленчатого вала в двигателе автомобиля постоянно вращается шестеренчатый привод масляного насоса, чья главная задача – создавать давление в каналах и бесперебойно смазывать все подшипники скольжения (вкладыши). Циркуляцию жидкости в системе охлаждения обеспечивает помпа, вращаемая ремнем привода ГРМ либо генератора.

Разновидности двигателей

По типу применяемого топлива моторы делятся на бензиновые и дизельные. Принцип и порядок работы силовых агрегатов одинаков, отличаются лишь условия сжигания:

• поршень дизеля сжимает только воздух, солярка подается в камеру непосредственно перед воспламенением;
• вспышка смеси происходит в результате сжатия, внешний источник в виде свечи зажигания отсутствует;
• в цилиндрах бензинового двигателя горючее сжимается в 8–12 раз, дизеля – в 18–25 раз.

Справка. Бензиновые силовые агрегаты способны сжигать природные горючие газы – пропан и метан. Переход на указанные виды топлива производится с помощью дополнительного оборудования, детали и механизмы двигателя не затрагиваются.

Сдавливание горючей смеси достигается за счет уменьшения объема камеры сгорания – в дизельных моторах она практически отсутствует. Благодаря повышенной степени сжатия силовые агрегаты на солярке развивают больший крутящий момент по сравнению с бензиновыми «собратьями». Отсюда лучшие показатели КПД и расхода топлива на 100 км.

Помимо однорядных конструкций двигателей существуют и двухрядные, где группы цилиндров расположены в виде латинской буквы V – под углом относительно друг друга. V-образный двигатель автомобиля устроен несколько иначе: коленчатый вал вращает не один, а минимум 2 распредвала, установленных в отдельных ГБЦ. Подобные моторы развивают более высокую мощность за счет увеличения количества поршней (минимум 6 шт.) и настроек фаз газораспределения.

В стандартном силовом агрегате на 4 цилиндра ставится 8 клапанов – по два в каждой камере сгорания. Чтобы улучшить наполняемость горючей смесью и выброс отработавших газов, был изобретен 16-клапанный двигатель – по 4 в каждом цилиндре. Соответственно, даже рядный мотор оснащается двумя распределительными валами, отвечающими за работу своей группы клапанов. На V-образный двигатель, имеющий 2 раздельные 16-клапанные головки цилиндров, ставится 4 распредвала.