Автомобильные двигатели и основы, которые вам нужно знать

Двигатель является важной частью автомобиля.

Какой двигатель?

Двигатель — это устройство, преобразующее энергию, например, бензина или масла, в кинетическую энергию. Тепловые двигатели можно разделить на два основных типа: двигатели внутреннего сгорания и двигатели внешнего сгорания.

Каждый тип делится на множество подтипов, обладающих различными преимуществами и недостатками. К двигателям внутреннего сгорания относятся бензиновые, дизельные, газотурбинные, роторные, двухтактные и т. д. К двигателям внешнего сгорания относятся два представителя: паровые двигатели и двигатели Стирлинга.

Благодаря более высокой эффективности и более компактным размерам, чем двигатели внешнего сгорания, двигатели внутреннего сгорания сегодня широко используются во многих транспортных средствах, наиболее типичными представителями которых являются автомобили и мотоциклы.

Конструкция двигателя транспортного средства

Классификация автомобилей по типу двигателя или источнику энергии подразделяется на операционную структуру и тип топлива, используемого в каждом источнике энергии, при этом в настоящее время популярна следующая структура:

• Бензиновый двигатель

• Дизельный/масляный двигатель

• Электродвигатель

• Гибридный двигатель

В этой статье мы рассмотрим двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине или дизельном топливе, поскольку они широко используются в современных транспортных средствах. В следующих статьях мы рассмотрим электродвигатели и гибридные двигатели.

Основными частями двигателя являются цилиндры, в которых поршни движутся вверх и вниз. Большинство автомобильных двигателей имеют более одного цилиндра, обычно 4, 6 или 8 цилиндров, а спортивные автомобили — 12 или 16 цилиндров. В многоцилиндровых двигателях цилиндры расположены одним из следующих способов: в ряд (рядные цилиндры), V-образно (V-образные цилиндры) или два цилиндра, обращённые друг к другу горизонтально (оппозитные цилиндры).

Свеча зажигания

Свеча зажигания в автомобильном двигателе отвечает за создание электрической искры для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре. Для достижения максимальной эффективности искра должна образовываться в нужный момент в конце такта сжатия.

Клапан

Выпускные и впускные клапаны открываются и закрываются в нужный момент, обеспечивая подачу топлива и выход отработавших газов. Во время тактов сжатия и расширения эти клапаны закрыты. Эти клапаны приводятся в действие системой распределительного вала, как показано ниже.

Распределительный вал

На распределительном валу имеются кулачки, которые при вращении толкают клапан вниз, способствуя его открытию. Существует два типа распределительных валов: с одним распредвалом и с двумя распредвалами. Один распредвал управляет открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов. В то же время, двойной распредвал имеет два распредвала, которые по отдельности управляют впускными и выпускными клапанами.

Коленчатый вал

Коленчатый вал используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение подобно валу в червячной передаче - червяку.

Как работает двигатель?

Принцип его действия основан на том, что при сжигании небольшого количества высокоэнергетического топлива, например, бензина (или дизельного топлива), в замкнутом пространстве за счёт давления расширяющегося воздуха выделяется большое количество энергии. Эта энергия может заставить картофель пролететь на 150 метров.

Двигатели внутреннего сгорания работают по этому принципу, работая по замкнутому циклу: в цилиндре двигателя сотни раз в минуту происходят взрывы. Топливно-воздушная смесь (так называемая топливовоздушная смесь) сгорает в цилиндре двигателя. При сгорании температура повышается, что приводит к расширению газа и, соответственно, к созданию давления на поршень, приводя его в движение.

Почти все современные автомобили используют двигатель с четырёхтактным циклом для преобразования энергии бензина в энергию движения, также известный как четырёхтактный двигатель. Цикл включает в себя: впуск, сжатие, сгорание и выпуск.

- Во время первого такта (впуск — впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт) воздушно-топливная смесь «заряжается» в цилиндр, в то время как поршень движется из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ).

- Во время второго такта (сжатия — оба клапана закрыты) поршень сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре, перемещаясь от НМТ к ВМТ. В конце второго такта (поршень находится в ВМТ) топливовоздушная смесь воспламеняется в бензиновом двигателе от устройства зажигания, называемого свечой зажигания, а в дизельном двигателе — от самовоспламенения.

- В третьем такте (рабочем такте — клапаны остаются закрытыми) происходит сгорание топливовоздушной смеси. Из-за повышения температуры давление воздушной смеси увеличивается и поршень перемещается из ВМТ в НМТ. Возвратно-поступательное движение поршня передаётся шатуном (также называемым шатуном) коленчатому валу и преобразуется во вращательное движение.

- На четвертом такте (выпуск — впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт) поршень перемещается из НМТ в ВМТ, выталкивая газ из цилиндра через выхлопную трубу (обычно называемую глушителем) в окружающую среду.

Движение поршня в первом, втором и четвёртом тактах осуществляется за счёт энергии, накопленной маховиком, закреплённым на коленчатом валу в третьем такте (рабочем такте). Таким образом, угол зажигания четырёхтактного двигателя, рассчитанный по углу поворота коленчатого вала, составляет 720 градусов. Это означает, что за два оборота коленчатого вала происходит только одно воспламенение. При большем количестве цилиндров угол зажигания уменьшается, и за два оборота коленчатого вала вкладывается больше энергии сгорания, что обеспечивает более плавную работу двигателя.

Замена отработавших газов свежей воздушной смесью управляется распределительным валом. Этот вал, соединённый с коленчатым валом, вращается с редуктором 1:2, открывая и закрывая клапаны в головке блока цилиндров двигателя. Моменты открытия и закрытия клапанов коленчатого вала регулируются таким образом, чтобы впускные и выпускные клапаны открывались одновременно на короткое время при переходе от такта выпуска к такту впуска. Выхлопные газы выходят с высокой скоростью, втягивая свежий воздух в камеру сгорания, что обеспечивает лучшее наполнение цилиндра и повышение давления сгорания.