Двигатель автомобиля

Двигатель автомобиля

Двигатель автомобиля — это силовая установка для вырабатывания механической энергии что необходима для движения. Наибольшее распространение получил поршневой двигатель внутреннего сгорания, который работает либо на бензине, либо на дизельном топливе.

Основные моменты работы автомобильного двигателя показаны на инфографике.

Но стоит прочесть статью полностью если хотите разобраться с устройством, принципом действия ДВС, в чем заключается отличие бензинового мотора от дизельного и какие неисправности чаще всего появляются во время эксплуатации. Поскольку он может иметь значительные отличия в устройстве и принципе работы в зависимости от типа и модификации.

Какие бывают двигатели в автомобиле

Двигатели внутреннего сгорания имеют такие различия:

• тип используемого топлива;
• количество цилиндров;
• количество клапанов;
• расположение цилиндров.

Классификация по виду топлива включает в себя два основных варианта — бензиновые и дизельные моторы. В бензиновых двигателях топливо и воздух подаются в смешанном виде, образовывая горюю смесь, которая зажигается искрой свечи. В дизельных агрегатах топливо подается в цилиндр отдельно от воздуха, а воспламенение достигается благодаря высокой температуре при сильном сжатии в камере сгорания. Она представляет собой расстояние между ГБЦ и находящемся в верхней мертвой точке поршнем.

Степень сжатия – это соотношение объема цилиндра к объему камеры сгорания. Она определяется следующим образом: если объем цилиндра равен 500 см³, а камеры сгорания – 50 см³, то степень сжатия равняется 10:1.

Классификация по количеству цилиндров предполагает конструкцию двигателя, в которую входит от 1 до 16 цилиндров. Однако самыми распространенными считаются четырех- и шестицилиндровые варианты. Двигатели на 8 и 12 цилиндров мощнее и встречаются реже, поскольку устанавливаются на более дорогостоящие авто.

От количества цилиндров и их объема будет зависеть мощность всего двигателя. В расчете рабочий объем одного цилиндра – это объем между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой положения поршня.

Классификация по количеству клапанов. Стандартным считается вариант с двумя клапанами на цилиндр — впускного и выпускного. Однако увеличение их количества дает возможность повысить эффективность заполнения цилиндра и его очистку. На современных автомобилях устанавливаются двигатели преимущественно с четырьмя клапанами на цилиндр (2 впускных и 2 выпускных).

Соответственно, рядные четырехцилиндровые моторы могут иметь индекс “8 клапанные” или “16 клапанные”, а V-образные шестицилиндровые агрегаты — “24 клапанные”.

Классификация по расположению цилиндров состоит из 3-х категорий:

• В один ряд;
• V-образно;
• Оппозитно.

Рядные моторы были выпущены первыми и до сих пор пользуются наибольшей популярностью. В зависимости от уровня балансировки автомобильные производители чаще всего устанавливают на легковые и грузовые модели рядные двигатели на 3, 4, 5 и 6 цилиндров.

Работа V-образного двигателя

Также преимущественное количество всех спортивных автомобилей оборудуется именно таким типом двигателей.

V-образные агрегаты представлены на рынке в основном в 6-ти, 8-ми и 12-ти цилиндровых вариантах с углом развала — 45, 60 и 90°. В зависимости от марки производителя, V-образные моторы имеют 2 неоспоримых преимущества:

• их ресурс более 500 тыс. км;
• они считаются одними из самых грамотно построенных и хорошо сбалансированных.

Оппозитные силовые установки являются видоизмененным типом стандартном двигателя. В “боксерах” (народное название оппозитного мотора) цилиндры расположены горизонтально. Сейчас подобную технологию можно встретить преимущественно на автомобилях марок Subaru и Porsche.

Благодаря горизонтальному расположению цилиндро-поршневой группы автомобиль имеет низкий центр тяжести, повышенный ресурс двигателя (до 1 миллиона км) и низкий уровень шума, вибрации во время работы.

Однако есть у оппозитников и явные минусы — это дороговизна обслуживания из-за сложности конструкции и повышенный расход масла.

Также есть роторные двигатели, принцип работы которых идентичен, но устройство немного отличается. В их цилиндре располагается трехгранный ротор (поршень), который и сжимает топливовоздушную смесь.

Единственные 2 серьезные минуса:

• такие моторы страдают от недостаточного охлаждения;
• их приходится значительно чаще ремонтировать (ресурс не более 200 тыс. км).

Устройство двигателя автомобиля

Устройство: 1 — ГБЦ; 2 — коромысло; 3 — свечи зажигания; 4 — выпускной клапан; 5 — впускной клапан; 6 — цилиндр; 7 — поршень; 8 — кольцо; 9 — шатун; 10 — маховик; 11 — картер; 12 — коленвал; 13 — приводная шестерня; 14 — распределительный вал; 15 — передаточные элементы.

Основной частью двигателя внутреннего сгорания являются цилиндры. В них (как показано на картинке справа) располагаются поршни, которые соединены с коленчатым валом через шатун. Когда поршень прямолинейно движется по цилиндру вверх и вниз, благодаря кривошипу и шатуну такое движение преобразуется во вращение коленвала.

На конце данного вала крепится маховик, который во время работы мотора придает равномерность вращения коленчатого вала. В верхней части цилиндры плотно закрываются головкой блока.

В ГБЦ есть как впускные, так и выпускные клапаны, суть которых заключается в закрывании соответствующих каналов и отводить отработанные газы либо запускать порцию горючей смеси.

Чтобы клапаны открылись, на них воздействуют кулачки распределительного вала. На распределительном валу есть шестерни, которые приводятся в движение от коленвала ременной либо цепной передачей.

Все трущиеся детали смазываются моторным маслом чтобы предотвратить быстрый износ, появление задиров на стенках цилиндров и отвести тепло. Однако помимо цилиндро-поршневой группы есть и другие важные компоненты.

Рассмотрим все основные элементы двигателя автомобиля:

Устройство автомобильного двигателя

• Воздушный фильтр очищает воздух, поступающий в цилиндры, что обеспечивает лучшее сгорание.
• Система воздушного охлаждения не дает двигателю нагреваться, обеспечивая циркуляцию воды вокруг цилиндров и через радиатор.
• Топливная система подает топливо из бензобака и при помощи карбюратора смешивает его с воздухом. Смесь затем поступает в цилиндры. Для нормальной работы, особенно в зимнее время, требует проведения комплексного ТО. Поэтому будет полезно узнать о периодичности и порядке обслуживания топливной системы из этого видео.
• Распредвал обеспечивает открытие и закрытие клапанов. Скорость его вращения равна 1/2 скорости вращения коленвала.
• Ремень ГРМ соединяет коленвал и распредвал, обеспечивая синхронность работы клапанов и поршней.
• Поршневые кольца устанавливаются на поршень для предотвращения утечки топлива воздуха из камеры сгорания и расхода масла.
• Система смазки доставляет масло ко всем необходимым элементам двигателя для снижения трения.
• Масляный насос стыкуется с коленвалом и обеспечивает поступление масла из поддона картера.
• Система снижения токсичности выхлопа при помощи компьютера и датчиков регулирует каталитический нейтрализатор выхлопных газов, сжигающий неиспользованное топливо в выхлопной смеси.
• Автомобильный аккумулятор обеспечивает электрический ток, необходимый для запуска двигателя. Заряжается от генератора.
• Головка блока цилиндров соединяется с блоком цилиндров. Для повышения герметичности при сгорании между блоком и головкой находится прокладка.
• Система зажигания создает электрический разряд, проходящий через распределитель зажигания, который затем посылает искру по проводам к свечам зажигания. На каждый цилиндр идет свой провод, заряд подается на свечи по очереди.
• Выхлопная система удаляет выхлопные газы через выпускной коллектор и выхлопную трубу. Традиционно громкий звук выхлопа смягчает глушитель.

Турбина используется для увеличения мощности двигателя. Технически, это крыльчатка, которая раскручивается воздухом из выпускного коллектора. Она же, с другой стороны, засасывает чистый воздух во впускной коллектор. За счет турбины можно добиться большего крутящего момента и прироста мощности до 50%.

Чем отличаются бензиновые двигатели от дизельных

Отличия бензиновых моторов от дизельных заключаются в том, что при работе на бензине для воспламенения смеси используются свечи зажигания. В дизеле смесь воспламеняется от температуры сжатия. А свечи накала на дизеле нужны для того, чтобы облегчить холодный запуск не воспламеняя смесь, а для ее подогрева и создания оптимальных условий воспламенения. Они являются частью предпусковой системы.

Также важное отличие — на бензине воздух и топливо подаются в цилиндр уже в смешанном виде, а на дизеле — отдельно.

Кардинальные отличия есть и в работе топливной системы. На бензиновых моторах может использоваться один из 2 типов топливной системы — карбюраторная, или инжекторная. Карбюраторная система подает топливо под невысоким давлением в камеру карбюратора, где оно смешивается с воздухом.

Инжекторная система отличается от первого типа наличием принудительного впрыска в камеру сгорания — индивидуальными форсунками/распределенным впрыском (давление 2,5-4 бар), непосредственным впрыском (давление до 155 бар).

На дизельных агрегатах устанавливается 3 типа топливной системы:

• Common Rail (участок низкого давления — бак, насос низкого давления, трубопровод, фильтр; участок высокого давления — ТНВД, трубопровод, топливная рампа, форсунки);
• Насос-форсунки (давление до 2200 бар);
• Разделенная система (бак, трубопроводы, ТНВД, форсунки).

Стоит заметить, что ТНВД сейчас используется не только на дизелях, но и на бензиновых агрегатах с непосредственным впрыском (где большую роль играют точность подачи топлива и давление). Если на дизеле ТНВД больше отвечает за создание оптимального давления, то на бензине он регулирует количество подаваемого топлива и контролирует момент впуска горючего в каждый цилиндр.

Однако помимо основных различий, большинство при выборе типа силовой установки обращает внимание на рабочие характеристики. Чтобы было проще определиться, приведем в таблице плюсы и минусы обоих типов двигателей.

Тип двигателя	Преимущества	Недостатки
Бензиновый	Тихо работает	Повышенный расход топлива
	Больше мощность	Ресурс многих моторов редко превышает 500 тыс. км
	Безопасная работа на высоких оборотах	Максимальная мощность достигается только на высоких оборотах
	Топливная система устойчива к плохому качеству бензина
	Детали стоят сравнительно недорого
	Нормальная работа при низких температурах окружающей среды
Дизельный	Расходует меньше топлива	Большой вес двигателя в сборе
	Диз-топливо немного дешевле бензина	Мощность меньше чем у бензинового мотора
	Больший крутящий момент	Плохо работает на некачественном топливе
	Нет системы зажигания (экономия при обслуживании)	Морозоустойчивость значительно хуже
	Большой ресурс (многие толковые дизели являются миллионниками)	Дорогое обслуживание (в основном за счет дороговизны элементов топливной системы)

Как работает двигатель автомобиля

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Воспламенение бензина в небольшом замкнутом пространстве создает достаточно энергии, чтобы отбросить картофелину на 150 метров! А если такой взрыв происходит 200 раз в минуту, то энергии хватит для движения автомобиля. Принцип работы автомобильного двигателя происходит в 4 такта:

1. Впуск. Поршень напоминает пушечное ядро, только он не вылетает из пушки. В начале цикла он находится вверху цилиндра и начинает движение вниз. В этот момент открывается впускной клапан, который подает в цилиндр, воздух и топливо.
2. Сжатие. Коленвал заставляет поршень снова двигаться вверх, сжимая смесь топлива и воздуха.
3. Рабочий ход. Когда поршень достигает верхнего положения, свеча зажигания при помощи искры поджигает топливо. Это вызывает взрыв, под действием которого поршень вновь движется вниз.
4. Выпуск. Когда поршень достигает нижнего положения, открывается выпускной клапан. Он отводит выхлопные газы в выхлопную трубу.

На современных двигателях для контроля процесса используется клапан VVTi. Он позволяет извлекать больше мощности и улучшать экологичность мотора за счет плавного изменения фаз газораспределения (исходя из условий эксплуатации).

В дизельных моторах третий этап “рабочий ход” происходит несколько иначе. Так как на таких агрегатах не используются свечи зажигания, то воспламенение происходит за счет высокой температуры и давления. Когда поршень подходит вверх, он сжимает воздух, разогревает его и в самый последний момент в цилиндр подается дизельное топливо (солярка). От предельно высокой температуры образовавшаяся смесь воспламеняется, толкая поршень вниз.

Основные проблемы и неисправности автомобильного двигателя

Если не заводится двигатель автомобиля, есть 3 наиболее вероятные причины и еще три в зависимости от особенности двигателя:

1. Плохая топливная смесь. Закончилось топливо, поэтому в двигатель поступает только воздух. Засорен воздухозаборник. Подается слишком много или мало топлива. При старте с места двигатель глохнет, дергается, запоздалая реакция на нажатие педали газа, мотор не тянет.
2. Плохая компрессия. Износ поршневых колец (вызывает утечку воздуха). Не герметичность клапанов вызывает утечку во время компрессии. Щели в блоке цилиндров вследствие износа прокладки. Увеличивается расход топлива, падает мощность, мотор работает нестабильно на холостых и во время езды.
3. Плохая искра.Износ свечей зажигания или проводов к свечам зажигания. Обрыв или утеря провода. Неправильно выставлено зажигание, т.е. искра подается слишком рано или слишком поздно. Мотор не заводится, после старта постоянно троит, в любой момент может заглохнуть, падает приемистость.
4. Засорение клапана ЕГР. Появление нагара приводит к потере мощности, неустойчивому холостому ходу, засорению сажевого фильтра и черному дыму из выхлопной. Во время диагностики выдает ошибку P0404.
5. Забит катализатор/сажевый фильтр. Падают обороты и мощность, двигатель может перейти в аварийный режим. Когда ЭБУ распознает забитый сажевый фильтр DPF, он подает сигнал для самопроизвольного удаления сажи. Чтобы произошла очистка нужно либо резкое ускорение до 3500-4000 об/мин, либо двигаться по трассе с постоянной скоростью 100-120 км/час. Основная проблема этих элементов выхлопной системы в том, что их ресурс заканчивается значительно быстрее чем самого двигателя, а замена стоит достаточно дорого.
6. Турбокомпрессор гонит масло. Это может происходить из-за выработки на валу крыльчатки, некачественного масла или забитого воздушного фильтра. Двигатель набирает обороты намного дольше обычного, растет масложор, появляется характерный запах горелого масла.

Проблема современных турбированных малолитражек заключается в недостаточном ресурсе. За счет турбокомпрессоров сейчас с 1 литра снимают большую мощность, а это приводит к повышенному износу как самой турбины, так и поршневой части. Из-за большого расхода моторного масла турбокомпрессором, меньше смазки остается в поршневой группе и поддоне. В результате, турбины живут не дольше 150 тыс. км, а весь двигатель в целом — не более 400 тыс. км.

https://m.etlib.ru/blog/143-dvigatel-avtomobilya