Строение двигателя внутреннего сгорания: Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Содержание:

• 1. Определение
• 2. Устройство
• 3. Внутренние системы
• 3.1. Охлаждение
• 3.2. Подача топлива
• 3.3. Смазка
• 3.4. ГРМ
• 3.5. Выхлопная систем
• 4. Классификация
• 4.1. Тип конструкции
• 4.2. Тип топлива
• 4.3. Рабочий цикл
• 4.4. Работа ГРМ
• 4.5. Количество цилиндров
• 4.6. Расположение цилиндров
• 4.7. Создание рабочей смеси
• 5. Принцип работы ДВС
• 5.1. Двигатель 2-хтактный
• 5.2. Двигатель 4-хтактный
• 6. Плюсы и минусы
• 7. Заключение

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой силовой агрегат, который уже ни один десяток лет используется в разного рода транспортных средствах. В начале XX в. он заменил собой паровые двигатели. Но даже сегодня в XXI в. он остается очень актуальным. Рассмотрим, что такое устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Определение

Двигатель имеет приставку «внутреннего сгорания» по одной простой причине. Дело в том, что топливо воспламеняется внутри рабочей камеры, а не внешне. Сгорая, топливо выделяет энергию, которая преобразуется в механическую работу для ее передачи остальным «органам» автомобиля.

Существуют разные виды двигателей, но большей популярностью пользуется поршневой. Данная разновидность мотора позволяет хранить топливо компактно, при этом много не затрачивать его при больших пробегах.

Устройство

Устройство ДВС включает в себя разнообразные системы с механизмами. Главными элементами мотора являются кривошипно-шатунный механизм (КШМ), который также состоит из нескольких элементов, блок цилиндров и его головка с ГРМ.

В процессе вращения коленвала КШМ помогает преобразовывать работу поршней. Энергия, сгорающая в цилиндрах, «запускает» поршни. Без функционирования механизма газораспределения невозможна работа этой системы. ГРМ помогает впускным и выпускным клапанам вовремя открываться. Они запускают рабочую смесь и выпускают отработанный газ.

Распределительные валы, из которых в разных количествах состоит ГРМ, обладают кулачками. Они, в свою очередь, толкают клапаны с возвратными пружинами. Если вспомогательная система функционирует правильно, то и все устройство двигателя внутреннего сгорания будет работать также.

Вспомогательная система состоит из других систем, каждая из которых имеет свое назначение. Подробнее о них будет информация дальше.

Внутренние системы

Охлаждение, питание и смазка — этими словами можно объяснять принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Без данных составляющих невозможно правильно функционировать мотору.

Первое время внутренние системы являлись механическими. Сегодня каждая из них содержит в себе долю «электроники». Двигатель работает более эффективно, если над ним ведется электронное управление. Системы же становятся «гибкими», за ними не нужен пристальный уход и бесконечное обслуживание.

Охлаждение

Когда в двигателе возникает процесс воспламенения, температура повышается до +2500 градусов (в камере). Соответственно, из-за высокой температуры есть риск перегрева поршней, цилиндров и остальных важных элементов. Это приводит, в конечном счете, к утере мощности, выгоранию масла и неполадкам в «движке». Чтобы ликвидировать излишнее тепло, была создана система охлаждения. Ее принцип работы заключается в том, что она с помощью жидкости (воздуха) отводит тепло принудительно.

Воздушная система в автомобилях не применяется. Ее используют в газонокосилках, либо мопедах. Что касается жидкостной системы, то она построена сложным образом, но при этом максимально эффективно отводит излишки тепла. Теплоносителем выступает «незамерзайка», т.е. антифризная жидкость, имеющая низкую температуру замерзания.

Канал для прохождения «незамерзайки» называется рубашкой охлаждения. Она соединена с радиатором с помощью патрубков. Радиатор принимает на себя тепловую массу и перенаправляет ее. В системе за ним находится вентилятор, помогающий быстрее пройти воздушным массам.

В процессе работы «движка» хладагент перемещается от насоса. Он же приходит в действие от коленчатого вала, либо электродвигателя. Для того, чтобы охлаждающая система могла создавать нужный режим температуры, контур охлаждения оснащают термостатом, соединенным с блоком управления.

Подача топлива

Система подачи топлива также подразделяется на виды: инжекторный и карбюраторный. Первый тип является самым востребованным. Инжекторная система подразделяется еще на несколько систем: подача (очистка) топлива, воздуха, дожигание и выпуск отработанного газа. Также подсистемы функционируют на сжигание и улавливание бензиновых паров.

Топливо из бака помогает «влить» электробензонасос, который включается при запуске ДВС. Горючее поступает к рампе с форсунками, проходя через топливный фильтр. Воздух, который наполняет цилиндры, и его количество регулируется дроссельной заслонкой. Она, в свою очередь, функционирует от электропривода, либо троса.

Шаговый электродвигатель осуществляет регулировку оборотов. Чтобы система работала слаженно, в электронный блок поступает информация с датчиков расхода воздуха, частоты и положения коленчатого вала и др.

Кроме распределенного впрыска есть система впрыска непосредственного. Это дорогостоящие агрегаты со сложным устройством. Сотрудниками фирмы «Митцубиси» удалось создать систему, которая получилась более сбалансированной. С ее помощью повысилась мощность «движка», а также улучшилась топливная экономичность.

Смазка

Смазочная система автомобиля защищает элементы от трения, а также не дает образоваться на деталях коррозии, смывает грязь и охлаждает полностью конструкцию. ДВС обычно оснащены комбинированным типом системы, где масло поставляется под давлением и разбрызгиванием.

Через горловину в поддон картера заливается масло в систему. В процессе функционирования «движка» насос с помощью маслозаборника всасывает смазку, после чего оно перенаправляется в основную магистраль.

Магистраль — это ответвленные каналы. Масло по ним переходит к подшипникам коленчатого вала, поршневой группе и т.д. Смазка льется из зазоров у подшипников, а потом начинается разбрызгивание (каплевидное и туманное). Затем масло поступает в поддон, смазывая привод ГРМ.

Смазочная система с сухим картером применима в отношении спортивных машин или тракторов. Масляная жидкость перекачивается в бак, оттуда подается в систему смазки. Подобная конструкция предотвращает перемещение жидкости во время резких движений.

Помимо всего перечисленного, смазочная система играет роль вентилирования от газов картера. Газы поступают через поршневые кольца, а затем комбинируются с парами воды и тем самым преобразуются в токсичные кислоты. Они провоцируют развитие коррозии. Именно поэтому их легче всего вывести в атмосферу.

ГРМ

ГРМ представляет собой газораспределительный механизм, главной функцией которого является своевременная подача смеси в цилиндры и выпуск из них продуктов горения. Чтобы ГРМ могла слаженно работать, для этого нужно на каждый цилиндр по одному впускному и выпускному клапану. У впускного клапана больше диаметр тарелки. Именно эта особенность улучшает наполняемость цилиндра.

В системе также есть распределительный вал, который запускается цепью или ремнем от коленчатого вала. Также он работает на закрытие и открытие клапанов.

Привод клапанов подразделяется на следующие разновидности:

 1. ОНV — распределительный вал находится в блоке цилиндров, но клапаны управляются с помощью штанги и доп.толкателей.

 2. ОНС — распределительный вал находится в головке, клапаны приводятся в действие рычажными толкателями.

 3. DОНС — два распределительных вала находятся в головке. Первый применяется для впускных, а второй, соответственно, для выпускных клапанов.

Открытие и закрытие клапанов происходит в определенные моменты, которые называются фазами. Отличное наполнение и очистка цилиндров обеспечиваются за счет грамотно подобранных цилиндров.

Выхлопная система

На мощность двигателя внутреннего сгорания сильно влияет выхлопная система. Помимо этого, она оказывает небольшое влияние на расход горючего и объема вредных выбросов. Каталитический нейтрализатор — это то, что помогает снизить содержание токсических веществ в газах. Нейтрализатор имеет окислительный и восстановительный катализаторы, способные углеводороды преобразовывать в водяной пар. Прибор ставят рядом с выпускным коллектором.

Нейтрализатор будет функционировать лучше в случае, когда ДВС начнет работу на воздушно-топливной смеси, соединенной в пропорции 14,7 к 1. Специальный датчик будет следить за уровнем воздуха в газах.

Классификация

Выяснив принцип работы двс, водитель может приступать к изучению классификации устройства. Каждый производитель старается его по-своему усовершенствовать. Кто-то пытается увеличить мощность, другие — уменьшить выход токсичных веществ в атмосферу, третьи — оптимизировать стоимость. Рассмотрим, какие на сегодняшний день существуют ДВС и по каким критериям их подразделяют.

Тип конструкции

Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на виды по типу конструкции: роторные, поршневые и газовые турбины.

Как работает двигатель внутреннего сгорания роторного типа? На ротор действует давление газов, при этом мотор не имеет ГРМ. Его роль выполняют выпускные (впускные) окна в стенках корпуса по бокам.

Поршневой тип функционирует от поршня, который приводится в действие от сгорающих газов. Поршень толкает коленчатый вал. Что касается газовых турбин, то в ДВС газы на большой скорости влетают на лопатки турбины. Компрессор, установленный в моторе, в свою очередь, предназначается для нагнетания воздуха.

Тип топлива

ДВС функционирует за счет сжигания смеси воздуха с дизелем, газом либо бензином. Если водитель предпочитает газовое топливо, то в его качестве используется сочетание пропана и бутана, сжиженного газа, метана или водорода.

Рабочий цикл

Двигатель внутреннего сгорания имеет рабочий цикл. Он представляет собой последовательность процессов в цилиндрах, которые превращают топливную энергию в механическую.

Существует 2-х тактный и 4-х тактный цикл, каждый из которых работает по своему принципу. В первом случае впуск и сжатие происходят одновременно, а во втором — по четырем тактам (сжатие, впуск, выпуск, рабочий ход).

Нельзя выделить из этих двух ДВС лучший, поскольку 2-х тактный по рабочему циклу является более компактным, а 4-х тактный считается лучше по экономичности.

Работа ГРМ

ГРМ устанавливается по одной из четырех схем, описанных выше по тексту. Каждая компоновка влияет на работу «движка». Помимо этого, приводы клапанов подразделяются по способу регулировки зазоров. Их настройка проводится ручным методом. Для этого меняют в коромыслах винты, либо устанавливают гидрокомпенсаторы для авторегулировки.

Количество цилиндров

Существует одноцилиндровые моторы, которые функционируют не столь равномерно, но это не сильно сказывается на их работе в мопедах и мотоциклах. «Движок» для авто устроен по-другому, здесь требуется более высокая мощность и большой объем цилиндров. В легковые машины по большей части ставят моторы с 4-мя цилиндрами, а в грузовики: 6-ти или 8-ми цилиндровые двигатели. В элитные автомобили марки Ауди могут быть установлены 12-ти цилиндровые «движки».

Расположение цилиндров

Поршневые двигатели подразделяются по схемам блока цилиндров. Они могут быть представлены в виде разного рода конструкций. Их около 5 разновидностей. В зависимости от компоновки под капот мотор ставят под разными углами.

Создание рабочей смеси

Способ смесеобразования — еще один критерий, по которому классифицируются ДВС. Существует внешнее и внутреннее смесеобразование. Первый тип присутствует в карбюраторных моторах, а также в агрегатах с впрыском во впускной коллектор. Второй тип находится в дизельных «движках», а также в бензиновых, имеющих впрыск в камеру сгорания.

Принцип работы ДВС

Поняв, как работает двс, водителям стоит рассмотреть подробнее его принцип работы. Разберем работу двухтактного и четырехтактного двигателя.

Двигатель 2-х тактный

Газораспределительный механизм вместе с КШМ для двухтактного двигателя довольно сильно отличается от четырехтактного. В некоторых участках на цилиндрах вместо клапанов находятся небольшие отверстия, которые именуются как продувочные окна. В цилиндровой головке присутствуют свечи зажигания.

При наступлении первого такта поршень направляется от НМТ в ВМТ. Заполняя собой цилиндр, смесь поступает через впускное окошко. Выпускное окно, в свою очередь, остается открытым для выпуска остатков газов. Двигаясь, поршень создает окнам перекрытие, при этом смесь в этот момент сжимается. Около ВМТ возникает искра зажигания, запуская собой второй такт.

Под влиянием газового давления поршень смещается вниз. Начинается открытие впускного и выпускного окна. Через выпускное уходят отработанные газы, а через впускное поступает смесь.

Таким образом становится ясно, что 2-х тактный «движок» обладает высоким КПД. Рабочий цикл поршня совершает всего 2 хода, при этом коленвал делает единственный полный оборот. К недостаткам системы можно причислить тот момент, что часть ТПС растворяется с газами, что создает низкую топливную экономичность. При этом поршневые кольца довольно быстро подвергаются износу.

Двигатель 4-х тактный

Что касается четырехтактного устройства двс, то здесь работа строится немного по другому принципу. Поршень перемещается внутри цилиндра. Через шатун он соединен в коленвалом. Поднимаясь вверх, поршень остается в таком положении, которое называется верхней «мертвой точкой». Соответственно, после перемещения вниз он становится в положение нижней «мертвой точки» НМТ. Данный ход зовется «тактом». Таким образом, весь рабочий цикл состоит из 4-х тактов, последовательных друг за другом. Изучим каждый такт по отдельности.

 1. Впуск. При включении первого такта открывается впускной клапан. После этого поршень переход от ВМТ, а в цилиндр поступает смесь.

 2. Пройдя НМТ, поршень идет вверх, параллельно сжимая остаточные газы со смесью. Клапаны остаются закрытыми, при этом давление и температура газов возрастает. Свеча зажигания создает искру, помогающую воспламенить смесь.

 3. Смесь возгорается и в процессе горения толкает поршень вниз прямо от ВМТ, при этом клапаны по-прежнему остаются закрытыми.

 4. Выпускной клапан открывается только на выпуске, поршень движется наверх, одновременно толкая газы из цилиндра.

Что касается многоцилиндровых блоков, то в них одинаковые такты осуществляются в разном порядке. Если двигатель имеет 4-цилиндровый блок, то очередность его функционирования бывает в порядке 1-3-2-4. Иными словами, это означает, что впуск произойдет в первую очередь в 1, затем в 3, а потом 2 и 4 цилиндрах.

Плюсы и минусы

ДВС, как и любой тип двигателя, имеет свои преимущества и недостатки.

К плюсам относятся следующие особенности:

 1. Небольшой вес. Обычно такие устройства занимают мало места и имеют низкий вес.

 2. Высокая мощность. На сегодняшний день почти все ДВС обладают высоким значением лошадиных сил. Чем «сильнее» «движок», тем дороже он стоит и больше потребляет топлива.

 3. Есть возможность преодолеть большие расстояния. Эта проблема особо актуальна для тех, кто ездит в другие города ежедневно.

 4. Быстрая заправка. Сегодня заправки расположены повсеместно, поэтому автолюбителям не придется бояться за пустой бак. Заправка длится не более 10 минут.

 5. Простота эксплуатации. Большинство моторов, независимо от их типа, имеют схожую систему. Поэтому разобраться в работе двигателя сможет каждый водитель.

 6. Доступность. Сегодня автомобилем с ДВС никого не удивишь, они эксплуатируются повсеместно. На вторичном рынке их стоимость еще дешевле, так что каждый человек может позволить себе купить такое авто.

 7. Большой ресурс работы. Моторы, выпускаемые сегодня, способны функционировать ни один год подряд, а десятки лет. Возможно, кто-то скажет, что их надежность все же снижается, но это не исключает тот факт, что качество по-прежнему остается «на уровне».

Перечислив все преимущества ДВС, перейдем к недостаткам, которые, к сожалению, также встречаются у данного типа двигателя.

Минусы у ДВС следующие:

 1. Высокая степень выбросов в атмосферу во время езды автомобиля. Дело в том, что топливо не до конца сгорает, и в этом заключается главная проблема. Чтобы авто двигалось, требуется всего лишь 15% горючего, а все остальное уходит в воздух. Отработанный газ содержит множество вредных и токсичных веществ, а также тяжелых металлов.

 2. Требуется коробка переключения передач. Устройство обязательно, так как нужно, чтобы менялось передаточное число. Оно регулирует обороты двигателя, который перенаправляет энергию на колеса, а они вращаются либо быстро, либо медленно.

 3. Регулярная замена масла. Менять масло нужно каждые 10 000 км. Это нужно обязательно делать, так как жидкость загрязняется, а мелкие частицы грязи попадают в «движок».

 4. Высокая цена на топливо. Бензин и солярка с каждым годом возрастают в цене, соответственно, совсем скоро передвижение на авто с ДВС станет роскошью. Чтобы сэкономить на топливе, можно установить газовое оборудование, так как цена газа вдвое ниже остального горючего.

 5. Низкий КПД. Этот параметр наглядно показывает эффективность работы двигателя относительно вырабатываемой энергии. Показатель выражается в процентах. К примеру, электродвигатели имеют КПД около 95%, но в ДВС такие значения невозможны.

 6. Ограниченный ресурс дешевых моторов. Изготовители, выпускающие двигатели по низкой стоимости, используют некачественные детали. Они быстро изнашиваются и «выходят из строя». Но если водитель будет использовать смазку, а также вовремя менять расходные материалы, то «движок» прослужит дольше.

Таким образом, мы выяснили, что ДВС имеет как много преимуществ, так и много недостатков. Несмотря на это, он является одним из самых эффективных устройств на сегодняшний день.

Заключение

Двигатели, производимые сегодня, являются самыми лучшими, поскольку выгодно отличаются от своих предшественников. Сейчас у них нет конкурентов, и в ближайшее время не намечается. Возможно, в течение будущих 10 лет, будет придумано что-то более новое. Многим хотелось бы, чтобы ДВС эксплуатировались вечно, но их существование завершиться, как только в мире закончится нефть и придет эпоха электрических двигателей. Сейчас тенденция к этому уже давно идет вперед.

Выбрать инструктора:

• Автоинструктор Ася

• Автоинструктор Игорь

• Автоинструктор Екатерина

• Автоинструктор Оксана

• Автоинструктор Виктор

• Автоинструктор Светлана

• Автоинструктор Алексей

• Автоинструктор Лариса

• Автоинструктор Дмитрий

• Автоинструктор Юлия

Отзывы:

Все отзывы

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Автор автомеханик А. Зарядин На чтение 14 мин. Просмотров 5.5k. Опубликовано 06.09.2020

Первым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) считается изобретение французского механика Ленуара в 1860 году. Поршневой агрегат работал за счёт сжигания в цилиндре светильного газа. Более удачную конструкцию предложил немец Отто в 1866 году. Его двигатель работал по 4-тактному циклу, сжимая в цилиндрах смесь газа и воздуха перед воспламенением запальной свечи. Следующим этапом развития стал переход на жидкое нефтяное топливо и внесение технических новшеств в конструкцию ДВС.

Содержание

1. Что такое ДВС
2. Устройство двигателя внутреннего сгорания
3. Системы двигателя
4. ГРМ — газораспределительный механизм
5. Система смазки
6. Система охлаждения
7. Система подачи топлива
8. Выхлопная система
9. Классификация двигателей
10. По рабочему циклу
11. По типу конструкции
12. По количеству цилиндров
13. По принципу создания рабочей смеси
14. По расположению цилиндров
15. По типу топлива
16. По принципу работы ГРМ
17. Принцип работы двигателя
18. Принцип работы четырехтактного двигателя
19. Принцип работы двухтактного двигателя
20. Преимущества и недостатки ДВС
21. Заключение

Что такое ДВС

Двигатель преобразует топливную, электрическую и другие виды энергии в механическую для передачи её исполнительным органам машины или установки: трансмиссии, насосу, ротору и т. д. Автомобильные двигатели различаются по виду первичной энергии и процессу её преобразования:

• поршневой двигатель внутреннего сгорания;
• газовая турбина;
• паровой двигатель;
• роторно-поршневой мотор;
• двигатель внешнего сгорания;
• электромотор;
• маховичный двигатель и др.

Наиболее распространён поршневой двигатель внутреннего сгорания. Источником энергии ДВС служит жидкое нефтяное топливо или горючий газ. Популярность этого типа мотора обусловлена возможностью компактного хранения топлива и его малого расхода при большом пробеге автомобиля.

Рассмотрим подробнее, что такое двигатель внутреннего сгорания, его устройство, принцип работы, плюсы и минусы.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

В устройство двигателя внутреннего сгорания входят различные механизмы и системы. Так, поршневой 4-тактный агрегат состоит из кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (ГРМ) механизмов:

• КШМ включает в себя подвижные и неподвижные детали. Основу составляет блок цилиндров, установленный на картере. Сверху блок закрыт головкой, в которой находятся впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания, форсунки. Внутри цилиндров перемещаются поршни, соединённые через поршневой палец с верхней головкой шатуна. Нижняя часть шатуна охватывает шейку коленвала. На конце вала закреплён маховик;
• в состав ГРМ входит распределительный вал, клапаны и привод ГРМ. Подробнее о механизме поговорим ниже.

В 2-тактном поршневом ДВС клапана отсутствуют. Вместо них в конструкции предусмотрены продувочные окна.

Достойной заменой поршневому агрегату можно рассмотреть только роторно-поршневой мотор или двигатель Ванкеля. Он работает по 4-тактому циклу, а поршень имеет форму треугольника Рёло. Газораспределение в роторном агрегате происходит через впускные и выпускные окна, поэтому необходимость в сложном клапанном механизме отпадает. Двигатели Ванкеля встречаются в машинах Mazda и советских ВАЗах.

Системы двигателя

Надёжная и долговременная работа двигателя внутреннего сгорания невозможна без питания, смазки, охлаждения. Кроме того, нужно обеспечить первый запуск коленвала и каждый раз воспламенять рабочую смесь в цилиндрах. Для этих целей разработаны следующие системы двигателя:

• смазки;
• охлаждения;
• питания;
• запуска;
• зажигания;
• впрыска;
• управления.

Если раньше системы были механические, сейчас в них появляется больше электроники. Электронное управление делает работу мотора высокоэффективной, экономичной и надёжной. Системы становятся компактными, но требуют качественного и регулярного обслуживания.

ГРМ — газораспределительный механизм

Устройство двигателя внутреннего сгорания включает в себя ГРМ. Его функция — вовремя подать в определённые цилиндры рабочую смесь, а также выпустить из этих цилиндров продукты горения. Работу механизма определяют последовательность работы цилиндров и фазы газораспределения.

Для функционирования ГРМ необходимы минимум 1 впускной и 1 выпускной клапан на каждый цилиндр. Диаметр тарелки впускного клапана обычно больше, чем у выпускного, что позволяет улучшить наполняемость цилиндра и увеличить рабочие показатели ДВС. Открытие и закрытие клапанов регулирует кулачковый распределительный вал. Сам вал приводится цепью или ремнём от коленвала.

Конструктивно привод клапанов делится на 4 вида:

• OHV — распредвал расположен в блоке цилиндров, а управление клапанами происходит через дополнительные толкатели и штанги;
• ОНС — распредвал размещён в головке блока, привод клапанов осуществляется за счёт рычажных толкателей;
• DОНС — схема расположения с двумя распредвалами в головке блока. В этом случае один вал используется для впускных, а другой для выпускных клапанов.

Фазы газораспределения — это моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленвала. Правильно подобранные фазы обеспечивают лучшее наполнение и очистку цилиндров. Если в устройство двигателя включить механизм управления фазами VVT, это позволит получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленвала и экономить ресурсы на малых оборотах.

Система смазки

Смазка двигателя автомобиля защищает детали от трения, коррозии, охлаждает конструкцию и смывает грязь. В ДВС часто используются комбинированные системы, в которых моторное масло подаётся под давлением и разбрызгиванием.

В типичной смазочной системе масло заливают через маслозаливную горловину в поддон картера до определённого уровня. При работе двигателя маслонасос высасывает из поддона смазку через маслозаборник. Затем масло фильтруется от примесей и переходит в главную магистраль.

Магистраль представляет собой ответвления каналов, по которым масло поступает к коренным подшипникам коленвала, опорам распредвала, поршневой группе и другим деталям. Из зазоров подшипников смазка вытекает и разбрызгивается движущимися элементами в виде капель и масляного тумана. Под действием силы тяжести масло стекает в поддон, смазывая при этом привод ГРМ.

В высокофорсированных ДВС спорткаров, в тракторах и спецавтомобилях применяется система смазки с сухим картером. Масло постоянно выкачивается дополнительным маслонасосом в масляный бак, из которого подаётся под давлением в систему смазки двигателя. Такое решение помогает предотвратить перемещение масла при резких манёврах, когда маслозаборник окажется выше уровня масла.

Система смазки выполняет функцию вентиляции картера от газов, которые прорываются из цилиндра через поршневые кольца. Соединяясь с парами воды, газы образуют агрессивные кислоты и могут вызвать коррозию. Самым простым способом вентиляции картерных газов является выведение их в атмосферу. Однако, высокие нормы экологии привели к появлению закрытых принудительных систем вентиляции, в которых газы направляются в камеры сгорания через впускной тракт.

Система охлаждения

Температура в камере сгорания в момент воспламенения доходит до 2500℃. Перегрев цилиндров, поршней, головки блока и других деталей приводит к потере мощности, тепловому расширению, выгоранию масла, обгоранию клапанов и заклиниванию двигателя. Для охлаждения конструкции разработана система, которая принудительно отводит тепло потоком воздуха или жидкости.

Воздушная система охлаждения ДВС применяется на мопедах, мотоциклах и газонокосилках. Жидкостная система более сложная и шумная, но обеспечивает равномерный и эффективный отвод тепла. В качестве теплоносителя используются антифризы — жидкости с низкой температурой замерзания.

Для отвода тепла от блока цилиндров и головки предусмотрена рубашка охлаждения — канал для прохождения жидкости. Рубашка соединяется патрубками с радиатором, который забирает тепло от жидкости и выбрасывает его в воздух. За радиатором располагают вентилятор, который увеличивает скорость прохождения воздуха. Вентилятор приводится от ременной передачи коленвала или электропривода. Часто вентилятор оснащают вязкостной или гидравлической муфтой.

Во время работы двигателя охлаждающая жидкость циркулирует от насоса, который приводится от коленвала или электродвигателя. Чтобы система обеспечивала оптимальный температурный режим, в контур охлаждения встраивают термостат с управляемым теплочувствительным элементом. Термостат может быть соединён с электронным блоком управления.

Система подачи топлива

Система подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания может быть карбюраторной или инжекторной. Наиболее распространённой является инжекторная система питания с распределённым впрыском. Она состоит из следующих подсистем:

• подачи и очистки топлива;
• подачи и очистки воздуха;
• улавливания и сжигания паров бензина;
• выпуска и дожигания отработанных газов;
• электронной части с набором датчиков.

Во время включения ДВС запускается электробензонасос, который закачивает топливо из бака. Бензин проходит через топливный фильтр к рампе с форсунками. На корпусе форсунки находятся электрические контакты, которые регулируют количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр.

За количеств воздуха, поступающего в цилиндры ДВС, отвечает дроссельная заслонка. Она работает от механического троска или электропривода.  Регулировку оборотов на холостом ходу осуществляет шаговый электродвигатель или непосредственно компьютер. Для корректной работы системы впрыска электронный блок получает информацию с датчиков массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости, положения и частоты вращения коленвала и др.

Помимо распределённого впрыска существуют системы непосредственного впрыска. Однако, они более сложные и дорогие. Специалистам компании Mitsubishi удалось разработать сбалансированную систему, которая улучшила топливную экономичность и повысила мощность мотора. Это объясняется возможностью двигателя работать на обеднённых смесях и повышением степени сжатия до с 10 до 12,5.

Впервые система непосредственного впрыска появилась в моторах 1,8 GDI на Mitsubishi Galant в 1996 году. Сейчас подобные двигатели внутреннего сгорания встречаются в машинах Peugeot-Citroen, Renault, Toyota.

Системы питания дизельных ДВС отличаются от бензиновых. Существуют две схемы подачи дизельного топлива: с разделённой камерой сгорания и непосредственный впрыск. Первый вариант работает мягче и тише, но распространение получил второй вариант с лучшей топливной экономичностью в 20 %.

Дизельное топливо поступает из бака в нагнетательный трубопровод, затем через подкачивающий насос в топливный фильтр. После очистки дизель попадает в топливный насос высокого давления ТНВД, который распределяет топливо по форсункам.

Альтернативой системе с ТНВД является система питания Common Rail от Bosch. Особенность системы — установка аккумуляторного узла со штуцерами для подсоединения форсунок. Топливо в узле находится постоянно под высоким давлением, что позволяет подавать в цилиндр небольшие и точно отмеренные порции.

Выхлопная система

Выхлопная система влияет на мощность ДВС, расход топлива и количество выбросов в атмосферу. Для уменьшения содержания вредных веществ в отработанных газах применяется каталитический нейтрализатор.  Он состоит из восстановительного и двух окислительных катализаторов, которые превращают углеводороды в водяной пар, а окиси углерода — в углекислый газ. Нейтрализатор устанавливают максимально близко к выпускному коллектору.

Нейтрализатор работает эффективнее, если двигатель внутреннего сгорания работает на смеси из воздуха и топлива в соотношении 14,7:1. Количество воздуха в отработанных газах отслеживает датчик лямбда-зонд. Уровень вредных окисей азота снижают с помощью системы рециркуляции путём забора части газов из выпускной системы для подачи его во впуск.

Классификация двигателей

Конструкция ДВС бывает различной. Каждый разработчик мотора пытается внести свои улучшения, повысить мощность и экономичность, снизить выбросы вредных веществ и стоимость агрегата. Давайте посмотрим, по каким критериям классифицируют двигатели внутреннего сгорания.

По рабочему циклу

Рабочий цикл ДВС — это последовательность процессов внутри каждого цилиндра, в результате которой энергия топлива превращается в механическую энергию. Цикл может быть двухтактным или четырехтактным:

• четырёхтактный мотор работает по «циклу Отто» или Аткинсона и включает в себя такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск;
• в двухтактном ДВС впуск и сжатие происходят одновременно за один такт, а рабочий ход переходит в выпуск на втором такте.

Если сравнивать двигатели внутреннего сгорания одной мощности по рабочему циклу, 2-тактный окажется проще и компактнее. А вот по топливной экономичности и экологическим показателям в выигрыше окажется 4-тактный мотор.

По типу конструкции

По конструкции ДВС делятся на:

• поршневые, в которых расширяющиеся при сгорании газы приводят в движение поршень, который в свою очередь толкает коленвал;
• роторные. Растущее давление газов воздействует на ротор, соединённый с корпусом через зубчатую передачу. Роторный мотор не имеет ГРМ. Его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках корпуса;
• газовые турбины. В этих двигателях внутреннего сгорания газы с высокой скоростью попадают на лопатки силовой турбины, которая соединяется через редуктор с трансмиссией. Для нагнетания воздуха в мотор установлен турбинный компрессор.

Моторы могут быть без наддува, с турбокомпрессором или нагнетателем. Конструкция подбирается под назначение двигателя: будь то стационарная установка или транспорт.

По количеству цилиндров

Одно цилиндровые двигатели работают неравномерно, что не критично для лодочных моторов, мопедов и мотоциклов. Двигатель автомобиля устроен сложнее, поскольку нужна высокая мощность, а значит и большой объём цилиндра. Так, в транспорте малого класса применяются 4-цилиндровые моторы. В грузовые автомобили ставят 6- и 8-цилиндровые ДВС.

В моделях премиум класса встречаются 12-цилиндровые агрегаты. Например, в Audi A8 установлен мотор W12 с 4 клапанами на каждый цилиндр и мощностью 420 л.с.

По принципу создания рабочей смеси

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания различается способами смесеобразования:

• внешнее: в карбюраторных моторах и в агрегатах с впрыском топлива во впускной коллектор;
• внутреннее: в дизельных двигателях и бензиновых с непосредственным впрыском в камеру сгорания.

По расположению цилиндров

Поршневые двигатели автомобиля различаются компоновочной схемой блока цилиндров и могут представлять собой конструкцию:

• рядную;
• V-образную;
• оппозитную с углом развала между поршнями 180°;
• VR-образную;
• W -образную.

В зависимости от компоновки моторы устанавливаются в подкапотное пространство вертикально, горизонтально или под углом к вертикальной плоскости для уменьшения высоты конструкции.

По типу топлива

Работа двигателя внутреннего сгорания происходит за счёт сжигания смеси воздуха с бензином, газа или дизеля. В качестве газового топлива ДВС применяются углеводород, сжиженный газ, смесь пропана и бутана, метан, водород.

По принципу работы ГРМ

Выше мы рассматривали, что ГРМ может быть устроен по схеме OHV, ОНС или DОНС. Выбор компоновки влияет на принцип работы двигателя. Также приводы клапанов различаются способами регулировки тепловых зазоров, которые увеличиваются в результате нагрева конструкции. Настройку зазоров проводят вручную, меняя специальные винты в коромыслах, или устанавливают гидрокомпенсаторы для автоматической регулировки.

Принцип работы двигателя

Изучив устройство, перейдём к рассмотрению принципа работы ДВС. Как работает двигатель внутреннего сгорания разберём на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается поршень, соединённый с коленчатым валом через шатун. Положение, в котором остаётся поршень после перемещения вверх, называется верхней мёртвой точкой ВМТ. А положение после перемещения вниз — нижней мёртвой точкой НМТ. Ход поршня между двумя крайними точками называется тактом. Рабочий цикл включает 4 последовательных такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Посмотрим поэтапно, как работает 4-тактный двигатель внутреннего сгорания:

1. В начале такта впуска открывается впускной клапан, а поршень перемещается от ВМТ. В это время в цилиндр всасывается горючая смесь.
2. После прохода НМТ поршень поднимается вверх, сжимая рабочую смесь и остаточные газы. Все клапана закрыты. Растёт давление и температура сжатых газов. В это время свеча зажигания даёт искру для воспламенения смеси.
3. Рабочая смесь горит, толкая поршень от ВМТ вниз. Клапана ещё закрыты.
4. На такте выпуска открывается выпускной клапан, и поршень поднимается вверх, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.

В многоцилиндровом блоке одинаковые такты в цилиндрах проходят в разном порядке. Например, если в устройство двигателя входит 4-цилиндровый блок, то очередность работы может выглядеть, как 1-3-2-4. Это означает, что такт впуска пройдёт сначала в 1, потом в 3, затем во 2, а после в 4 цилиндре.

Принцип работы двухтактного двигателя

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя с двумя рабочими тактами отличаются от 4-тактного. Здесь вместо клапанов в определённых местах цилиндра предусмотрены отверстия — продувочные окна. Свечи зажигания установлены в головке цилиндра.

Во время первого такта поршень двигается от НМТ к ВМТ. Через впускное окно под давлением насоса поступает рабочая смесь, заполняя цилиндр. Выпускное окно открыто и выпускает остатки отработавших газов. Перемещаясь, поршень перекрывает окна. Горючая смесь сжимается. Вблизи ВМТ подаётся искра зажигания, после чего начинается второй такт.

Поршень перемещается вниз под действием давления газов. Открываются окна. Сначала выпускное, через которое выходят отработанные газы, а затем впускное, через которое снова подаётся смесь.

Схема двухтактного двигателя имеет большой КПД: поршень за весь рабочий цикл совершает 2 хода, а коленчатый вал делает один полный оборот. Однако, часть топливно-воздушной смеси теряется вместе с отработанными газами, что даёт низкую топливную экономичность. Кроме того, поршневые кольца, постоянно пересекая кромки продувочных окон, быстро изнашиваются.

ДВС — основной силовой агрегат, который устанавливают в автомобили. Несмотря на популярность, устройство двигателя внутреннего сгорания далеко от идеала.

Заключение

Устройство двигателя внутреннего сгорания постоянно усложняется, в попытках угодить запросам потребителей. Растёт количество модификаций, применяются новые электронные системы и перспективные виды топлива. Но эпоха доминирования ДВС постепенно заканчивается, на смену приходят более экологические чистые, эффективные и бесшумные конструкции. Например, гибридная машина, в которой ДВС работает в паре с электродвигателем. 

Компоненты двигателя внутреннего сгорания

Чтение и знание того, как работает двигатель внутреннего сгорания , это нормально, но незнание его компонентов делает его бесполезным. Связанный компонент двигателя автомобиля заставляет волшебство работать под капотом, ну, для некоторых людей это выглядит как волшебство.

Автомобильный двигатель состоит из различных компонентов разных размеров, выполняющих различные функции. Эта статья ориентирована на распространенный тип автомобильного двигателя « двигатель внутреннего сгорания ».

Современный вариант деталей двигателя сочетает в себе как механические, так и электрические компоненты. Прочтите несколько важных статей о двигателях внутреннего сгорания…

Подробнее: Типы автомобильных двигателей

Автомобильные двигатели заключены в герметичный упругий металлический цилиндр. Он содержит целых шестнадцать цилиндров, но большинство современных автомобилей имеют от четырех до восьми цилиндров. Читая мои предыдущие статьи, вы поймете, что функция цилиндра заключается в том, чтобы открывать и закрывать по времени, позволяя топливу и воздуху поступать в камеру сгорания и выпускать выхлопные газы. ну, это уже объясненное содержание. Проверьте это по ссылке выше!

В этой статье я распространил список основных частей двигателя внутреннего сгорания и их схемы и их функции.

Подробнее: Понимание работы автомобильной коробки для мозга

Содержание

• 1 Компоненты двигателя внутреннего сгорания:
  • 1.1 1. Цилиндр:
  • 1.2 2. Поршень:
  • 1.3 3. Гран -вал:
  • 1,4 4. Шатун:
  • 1,5 Подпишитесь на нашу рассылку новостей
  • 1,6 5. Головка блока цилиндров:
  • 1.7 6. Распределительный вал:
  • 1.8 7. Клапана:
  • 1.9 8. Коромысло:
  • 1.10 9. Картер:
  • 1.11 10. Масляный насос и поддон:
  • 0 1.11

Ниже приведены общие детали двигателя внутреннего сгорания:

1. Цилиндр :

Эти детали автомобильного двигателя расположены в блоке двигателя, также известном как блок цилиндров. Он содержит вкладыш или рукава вокруг него. Этот вкладыш изнашивается при работе и может быть легко заменен. Цилиндры имеют часть или пространство для движения поршня вверх и вниз, в результате чего происходит сгорание.

Цилиндры характеризуются диаметром диаметра и ходом. Отверстие — это внутренний диаметр, а ход — это эффективная длина вдоль поршня, совершающая возвратно-поступательное движение, т. Е. Движение поршня от ВМТ до НМТ, они являются самой верхней и самой нижней точкой хода.

В блоке цилиндров также имеется некоторое пустое пространство вокруг и между отдельными цилиндрами, эти полые части известны как кожухи. Он позволяет охлаждающей жидкости поступать и циркулировать, обеспечивая эффективное рассеивание тепла в случае двигателей с жидкостным охлаждением.

2. Поршень :

Поршень представляет собой цилиндрическую деталь, которая движется вверх и вниз в цилиндре, обеспечивая полный цикл сгорания (впуск, сжатие, сгорание, выпуск). Посмотрите, как этот процесс работает ниже.

Диаметр поршня немного меньше диаметра цилиндра во избежание быстрого износа поверхности поршня. В круглых выемках на поверхностях поршня установлены три кольца, известные как поршневые кольца. Эти кольца изготовлены из алюминия, имеют непосредственный контакт с гильзой цилиндра, что препятствует износу поршня.

Два первых кольца являются компрессионными кольцами, они имеют фаску на внешней части, помогающую вызвать эффект картерных газов (предотвращение попадания отработавших газов внутри камеры сгорания в картер). Третье кольцо известно как маслосъемное кольцо, предотвращает попадание масла в камеру сгорания и обеспечивает правильное распределение масла по стенкам цилиндра.

3. Коленчатый вал :

Эти детали двигателя помогают преобразовывать скользящее движение поршня во вращательное движение через шатун. Он расположен под блоком цилиндров внутри кожуха, называемого картером. Коленчатый вал имеет изогнутые и смещенные относительно оси вала выступы. В многоцилиндровом двигателе каждый цилиндр снабжен собственной шатунной шейкой, предназначенной для прикрепления поршня к шатуну.

Часть коленчатого вала, называемая подшипником скольжения шейки коленчатого вала, известна как шатун и имеет подшипник скольжения. Другая его часть называется противовесом. Он предназначен для противодействия вибрациям растяжения, испытываемым коленчатым валом из-за возвратно-поступательного дисбаланса движущегося поршня в процессе сгорания. балансир кривошипа либо прикручен болтами к корпусу кривошипа, либо составляет его неотъемлемую часть.

Коленчатые валы изготавливаются либо по частям, либо как единое целое. Цельная конструкция более предпочтительна, поскольку она не оставляет места для вибрации и обеспечивает лучший поток волокон и хорошую устойчивость к нагрузкам.

Наконец, коленчатые валы обычно изготавливают из стали методом ковки или литья из ковкой стали. в то время как цельные коленчатые валы изготавливаются из термостойких углеродистых сталей. Некоторые другие стали, такие как микролегированные ванадием стали, также используются из-за более высокой прочности, которую они могут обеспечить без термической обработки.

4. Шатун :

Эти детали двигателя предназначены для соединения поршня с коленчатым валом. Как упоминалось ранее, он преобразует линейное движение поршня во вращательное движение кривошипа. Одна из его концевых частей прикреплена к поршню через поршневой палец, также известный как поршневой палец и поршневой палец. Другой конец прикреплен к шатунной шейке с помощью болтов, чтобы удерживать верхнюю и нижнюю крышки подшипников, называемые шатунными.

Подшипник выполнен в виде двух полувкладышей, размещенных в шейке кривошипа шатуном шатуна. Оба конца не закреплены жестко для возможности поворота на угол. Следовательно, оба конца находятся в непрерывном движении и испытывают огромное напряжение от давления поршня.

Шатун обычно изготавливается из кованой стали, а иногда и из алюминиевого сплава, когда предпочтение отдается легкому весу и способности поглощать сильные удары. Шатун изготавливается с высокой степенью точности, так как это чувствительная деталь, подверженная поломкам.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

5. Головка блока цилиндров :

Эти детали двигателя служат в качестве покрытия блока цилиндров, клапана, коромысла и элемента зажигания. Он крепится болтами к блоку цилиндров с прокладкой головки блока цилиндров между ними.

Головка блока цилиндров изготавливается из чугуна, а иногда и из алюминиевого сплава, когда требуется легкая деталь и поскольку она проводит тепло быстрее, чем чугун.

В двигателе с верхним расположением распределительного вала распределительный вал размещен в головке с отсутствием толкателя клапанного механизма. Некоторые другие детали, такие как впускные, выпускные отверстия и камера сгорания, также имеют свое пространство под цилиндром, что делает его единым целым компонентом двигателя.

6. Распределительный вал :

Этот компонент двигателя внутреннего сгорания представляет собой вал с установленным на нем кулачком. его функции заключаются в управлении клапанами напрямую, сидя над ними или через коромысло и механизм толкателя. Время газораспределения определяется размером распределительного вала. То есть открытие и закрытие клапанов регулируется распределительным валом, который установлен на коленчатом валу либо непосредственно через редуктор, либо косвенно через шкив и зубчатый ремень.

Распределительный вал, соединенный с кривошипом шестерней, требовал толкателя и толкателя вместе с коромыслами. Распределительный вал обычно изготавливается из отливок из закаленного чугуна и стальных заготовок, используемых при изготовлении высококачественных. Назначение закаленного железа обеспечивает большую износостойкость и твердость поверхности.

7. Клапаны :

Клапаны, известные как тарельчатые клапаны на двигателях внутреннего сгорания. Он состоит из длинного тонкого круглого стержня, называемого штоком клапана, и плоского круглого диска, называемого головкой клапана, который сужается вдоль тонкого стержня. Функция клапана заключается в включении клапана для свежего впуска топлива и воздуха и выпуска отработавших газов (выхлопных газов). Открытие и закрытие клапана вызвано скользящим движением распределительного вала и связанных с ним рычажных механизмов.

Клапаны двигателей изготовлены из стальных сплавов, наполненных натрием для увеличения теплопередающей способности. Наконец, клапаны двухсекционные; впускной/впускной клапан, который позволяет свежему заряду поступать в камеру, когда он открыт, а выпускной/выпускной клапан позволяет выходить выхлопным газам.

8. Коромысло :

Эта деталь двигателя внутреннего сгорания играет важную роль, поскольку она передает вращательное движение кулачка или коленчатого вала через толкатель/защелку и преобразует его в линейное движение штока клапана, помогая вдавить головку клапана

Головка коромысла изготовлена ​​из стальных штамповок для двигателей малой и средней мощности, тогда как головка коромысла тяжелого дизельного двигателя изготовлена ​​из чугуна и кованой углеродистой стали, поскольку она обеспечивает большую прочность и жесткость. Коромысел колеблются вокруг неподвижного шарнирного стержня в головке блока цилиндров.

9. Картер двигателя :

Эти компоненты двигателя внутреннего сгорания расположены под блоком цилиндров, содержащим подшипники, которые вращают кривошип. Этот коренной подшипник представляет собой подшипник скольжения с достаточным запасом масла. Четырехцилиндровые рядные бензиновые двигатели содержат три подшипника в картере, по одному на каждом конце и один в середине, в то время как дизельные двигатели имеют пять коренных подшипников, по одному на каждом конце и по одному между каждым цилиндром.

Картер двигателя изготовлен из чугуна и алюминия, из того же материала, что и блок цилиндров. Картер служит двигателю для многих целей, поскольку помогает защитить его внутренний механизм от пыли, грязи и некоторых других материалов. Он также служит корпусом, который закрывает коленчатый вал и шатун, удерживая масло и воздух.

10. Масляный насос и поддон :

Масляный насос подает масло к различным частям двигателя для надлежащей смазки, очистки и охлаждения. Масляный насос в двигателе приводится в движение шестерней коленчатого вала. Масло подается под давлением к различным частям компонентов двигателя, что помогает смазывать и охлаждать систему.

Масляный картер служит хранилищем, содержащим камеру, в которой хранится масло. Масло поднимается масляным насосом из поддона через сетчатый сетчатый фильтр, который предотвращает попадание мусора и грязи в двигатель. Масляный фильтр и масляный радиатор пропускают масло, прежде чем распределить его по деталям двигателя. Масло возвращается в масляный поддон после выполнения своей работы.

Другими компонентами автомобильных двигателей являются электрические, о которых будет рассказано в другой статье. В электрическую часть двигателя входят:

• Генератор переменного тока
• Стартер
• Свеча зажигания
• Электронная топливная форсунка
• Катушка зажигания и т.д. Если вы это сделали, рассмотрите возможность поделиться этим постом со своими друзьями и студентами в социальных сетях. Спасибо!

  Двигатель внутреннего сгорания. Структура двигателя внутреннего сгорания. Цилиндр, топливо, коленчатый вал и поршень

  Двигатели внутреннего сгорания обычно используют возвратно-поступательное движение, хотя газовые турбинные , ракетные и роторные двигатели являются примерами других типов двигателей внутреннего сгорания. Однако поршневые двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенными и используются в большинстве автомобилей, грузовиков, мотоциклов и других машин с приводом от двигателя.

  Основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются цилиндр, поршень и коленчатый вал. К ним присоединены другие компоненты, которые повышают эффективность возвратно-поступательного движения и преобразуют это движение во вращательное движение коленчатого вала. Топливо должно быть подано в цилиндр, а выхлоп, образующийся при взрыве топлива, должен быть обеспечен выходом из цилиндра. Также должно быть произведено воспламенение или зажигание топлива. В поршневом двигателе внутреннего сгорания это делается одним из двух способов.

  Дизельные двигатели также называют двигателями с компрессией, поскольку они используют сжатие для самовоспламенения топлива. Воздух сжимается, то есть выталкивается в небольшое пространство в цилиндре. Сжатие заставляет воздух нагреваться; когда топливо попадает в горячий сжатый воздух, топливо взрывается. Давление , создаваемое сжатием, требует, чтобы дизельные двигатели были более прочными и, следовательно, более тяжелыми, чем бензиновые двигатели, но они более мощные и требуют менее дорогого топлива. Дизельные двигатели обычно используются в крупных транспортных средствах, таких как грузовики и тяжелая строительная техника, или в стационарных машинах.

  Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, потому что они зависят от электрической искры, вызывающей взрыв топлива в цилиндре. Легче, чем дизельный двигатель , газовый двигатель требует топлива более высокой степени очистки.

  В двигателе цилиндр размещается внутри блока цилиндров, достаточно прочного, чтобы сдерживать взрывы топлива. Внутри цилиндра находится поршень, который точно подходит к цилиндру. Поршни обычно имеют куполообразную форму сверху и полые снизу. Поршень прикреплен через шатун, установленный в полом дне, к коленчатому валу, который преобразует движение поршня вверх и вниз в круговое движение. Это возможно, потому что коленчатый вал не прямой, а имеет изогнутую часть (по одной на каждый цилиндр), называемую кривошипом.

  Подобная конструкция приводит в движение велосипед. При езде на велосипеде верхняя часть ноги человека сродни поршню. От колена до ступни нога действует как шатун, который прикреплен к коленчатому валу кривошипом или узлом педали велосипеда. Когда сила воздействует на верхнюю часть ноги, эти части приходят в движение. Возвратно-поступательное движение голени преобразуется во вращательное или вращательное движение коленчатого вала.

  Обратите внимание, что при езде на велосипеде нога совершает два движения, одно вниз и одно вверх, чтобы завершить цикл вращения педалей. Это так называемые инсульты. Поскольку двигателю также необходимо всасывать топливо и снова выбрасывать топливо, большинство двигателей используют четыре такта для каждого цикла, который совершает поршень. Первый такт начинается, когда поршень находится в верхней части цилиндра, называемой головкой цилиндра. Когда он вытягивается, он создает вакуум в цилиндре. Это связано с тем, что поршень и цилиндр образуют герметичное пространство. Когда поршень опускается, пространство между ним и головкой цилиндра увеличивается, а количество воздуха остается прежним. Этот вакуум помогает подавать топливо в цилиндр, подобно действию легких. Поэтому этот такт называется тактом впуска.

  Следующий такт, называемый тактом сжатия, происходит, когда поршень снова проталкивается вверх внутри цилиндра, сжимая или сжимая топливо во все более и более плотное пространство. Сжатие топлива к верхней части цилиндра вызывает нагрев воздуха, который также нагревает топливо. Сжатие топлива также облегчает его воспламенение и делает результирующий взрыв более мощным. Для расширяющихся газов взрыва меньше места, а это значит, что они будут сильнее давить на поршень, чтобы вырваться.

  В верхней части такта сжатия топливо воспламеняется, вызывая взрыв, толкающий поршень вниз. Этот ход называется рабочим ходом, и это ход, при котором вращается коленчатый вал. Последний такт, такт выпуска, снова поднимает поршень, который выбрасывает выхлопные газы, образовавшиеся в результате взрыва, из цилиндра через выпускной клапан. Эти четыре удара также обычно называют «сосать, сжимать, хлопать и дуть». Двухтактные двигатели исключают такты впуска и выпуска, совмещая их с тактами сжатия и рабочего хода. Это позволяет использовать более легкий и мощный двигатель по сравнению с размером двигателя, требуя менее сложной конструкции. Но двухтактный цикл — менее эффективный метод сжигания топлива. Остаток несгоревшего топлива остается внутри цилиндра, что препятствует сгоранию. Двухтактный двигатель также воспламеняет свое топливо в два раза чаще, чем четырехтактный двигатель, что увеличивает износ деталей двигателя. Поэтому двухтактные двигатели используются в основном там, где требуется двигатель меньшего размера, например, на некоторых мотоциклах, и с небольшими инструментами.

  Для горения требуется присутствие кислорода, поэтому для воспламенения топливо необходимо смешать с воздухом. Дизельные двигатели подают топливо непосредственно для реакции с горячим воздухом внутри цилиндра. Однако двигатели с искровым зажиганием сначала смешивают топливо с воздухом вне цилиндра. Это делается либо через карбюратор, либо через систему впрыска топлива. Оба устройства испаряют бензин и смешивают его с воздухом в соотношении около 14 частей воздуха на каждую часть бензина. Дроссельная заслонка в карбюраторе регулирует количество воздуха, смешиваемого с топливом; на другом конце дроссельная заслонка контролирует, сколько топливной смеси будет отправлено в цилиндр.

  Вакуум, создаваемый при движении поршня вниз через цилиндр, втягивает топливо в цилиндр. Поршень должен точно входить в цилиндр, чтобы создать этот вакуум. Резиновые компрессионные кольца, вставленные в канавки поршня, обеспечивают герметичность. Бензин поступает в цилиндр через впускной клапан. Затем бензин сжимается в цилиндре следующим движением поршня, ожидая воспламенения.

  Двигатель внутреннего сгорания может иметь от одного до двенадцати или более цилиндров, все они действуют вместе в точно рассчитанной последовательности для привода коленчатого вала. Велосипедиста на велосипеде можно описать как двухцилиндровый двигатель, каждая нога которого помогает другой в создании мощности для движения велосипеда и в подтягивании друг друга через цикл гребков. Автомобили обычно имеют четырех-, шести- или восьмицилиндровые двигатели, хотя также доступны двухцилиндровые и двенадцатицилиндровые двигатели. Количество цилиндров влияет на объем двигателя, то есть всего 9Через цилиндры прошло 0171 объем топлива. Больший рабочий объем позволяет сжигать больше топлива, создавая больше энергии для привода коленчатого вала.

  Искра подается через свечу зажигания, расположенную в головке блока цилиндров. Искра вызывает взрыв бензина. Свечи зажигания содержат два металлических наконечника , называемых электродами, которые проходят внутрь цилиндра. Каждый цилиндр имеет свою свечу зажигания. Когда электрический ток проходит через свечу зажигания, ток перескакивает с одного электрода на другой, создавая искру.

  Этот электрический ток возникает в батарее . Однако ток батареи недостаточно силен, чтобы создать искру, необходимую для воспламенения топлива. Поэтому он проходит через трансформатор , который значительно увеличивает его напряжение или мощность. Затем ток может быть направлен на свечу зажигания.

  Однако в случае двигателя с двумя или более цилиндрами искра должна подаваться на каждый цилиндр по очереди. Последовательность запуска цилиндров должна быть рассчитана таким образом, чтобы, пока один поршень находился в такте рабочего хода, другой поршень находился в такте сжатия. Таким образом, усилие, действующее на коленчатый вал, может поддерживаться постоянным, что позволяет двигателю работать плавно. Количество цилиндров влияет на плавность работы двигателя; чем больше цилиндров, тем постояннее усилие на коленчатом валу и тем ровнее будет работать двигатель.

  Момент зажигания цилиндров контролируется распределителем. Когда ток поступает в распределитель, он направляется к свечам зажигания по проводам, по одному на каждую свечу зажигания. Механические распределители, по сути, представляют собой вращающиеся роторы, которые по очереди подают ток в каждый вывод. Электронные системы зажигания используют компьютерные компоненты для выполнения этой задачи.

  В самых маленьких двигателях используется аккумулятор, который при разрядке просто заменяется. Однако в большинстве двигателей предусмотрена возможность подзарядки аккумулятора с использованием движения вращающегося коленчатого вала для выработки тока обратно в аккумулятор.

  Поршень или поршни толкают вниз и тянут вверх коленчатый вал, заставляя его вращаться. Этот переход от возвратно-поступательного движения поршня к вращательному движению коленчатого вала возможен потому, что для каждого поршня коленчатый вал имеет кривошип, то есть участок, установленный под углом к возвратно-поступательному движению положения . На коленчатом валу с двумя или более цилиндрами эти кривошипы также расположены под углом друг к другу, что позволяет им действовать согласованно. Когда один поршень толкает кривошип вниз, второй кривошип толкает поршень вверх.

  Большое металлическое колесообразное устройство, называемое маховиком, прикреплено к одному концу коленчатого вала. Его функция заключается в поддержании постоянного движения коленчатого вала. Это необходимо для четырехтактного двигателя, потому что поршни выполняют рабочий ход только один раз за каждые четыре такта. Маховик обеспечивает импульс для перемещения коленчатого вала до тех пор, пока он не получит следующий рабочий такт. Он делает это, используя инерцию, то есть принцип, согласно которому движущийся объект стремится оставаться в движении. Как только маховик приводится в движение вращением коленчатого вала, он будет продолжать двигаться и вращать коленчатый вал. Однако чем больше цилиндров у двигателя, тем меньше ему нужно будет полагаться на движение маховика, потому что большее количество поршней будет поддерживать вращение коленчатого вала.

  Когда коленчатый вал вращается, его движение можно приспособить для самых разных целей, прикрепив шестерни , ремни или другие устройства. Колеса можно заставить вращаться, пропеллеры можно заставить вращаться, а двигатель можно использовать просто для выработки электроэнергии. К коленчатому валу также прикреплен дополнительный вал, называемый распределительным валом, который открывает и закрывает впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра в соответствии с четырехтактным циклом поршней. Кулачок — это колесо, имеющее более или менее форму яйца, с длинным и коротким концами. К распределительному валу крепятся несколько кулачков, в зависимости от количества цилиндров двигателя. Поверх кулачков установлены толкатели, по два на каждый цилиндр, которые открывают и закрывают клапаны. Когда распределительный вал вращается, короткие концы позволяют толкателям отходить от клапана, заставляя клапан открываться; длинные концы кулачков толкают штоки обратно к клапану, снова закрывая его. В некоторых двигателях, называемых двигателями с верхним расположением распредвала, распределительный вал опирается непосредственно на клапаны, что устраняет необходимость в узле толкателя. Двухтактные двигатели, поскольку впуск и выпуск достигаются за счет движения поршня по каналам или отверстиям в стенке цилиндра, не требуют распределительного вала.

  Еще два компонента могут управляться коленчатым валом: системы охлаждения и смазки. Взрыв топлива создает сильное тепло, которое может быстро привести к перегреву двигателя и даже плавлению, если оно не рассеивается или не отводится должным образом. Охлаждение достигается двумя способами: через систему охлаждения и, в меньшей степени, через систему смазки.

  Существует два типа систем охлаждения. В системе жидкостного охлаждения используется вода , которую часто смешивают с антифризом для предотвращения замерзания. Антифриз снижает температуру замерзания, а также повышает температура кипения воды. Вода, которая очень хорошо собирает тепло, прокачивается вокруг двигателя через ряд проходов, содержащихся в рубашке. Затем вода циркулирует в радиаторе, который содержит множество трубок и тонких металлических пластин, увеличивающих площадь поверхности воды. Вентилятор, прикрепленный к радиатору, пропускает воздух по трубкам, дополнительно снижая температуру воды . И насос, и вентилятор приводятся в действие движением коленчатого вала.

  В системах с воздушным охлаждением для отвода тепла от двигателя используется воздух, а не вода. Большинство мотоциклов, множество небольших самолетов и других машин, в которых много ветер производится за счет их движения, используют системы воздушного охлаждения. В них металлические ребра прикреплены к внешней стороне цилиндров, создавая большую площадь поверхности; когда воздух проходит над ребрами, тепло, отдаваемое металлическим ребрам от цилиндра, уносится воздухом.

  Смазка двигателя жизненно важна для его работы. Движение деталей относительно друг друга вызывает сильное трение , что вызывает нагрев и износ деталей. Смазочные материалы, такие как масло, создают тонкий слой между движущимися частями.