Двигатель внутреннего сгорания: основные принципы работы и строение

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – сердце любого автомобиля. Он преобразует химическую энергию топлива в механическую работу, приводящую в движение колеса. Понимание основных принципов работы и строения двигателя поможет вам лучше разбираться в автомобилях, проводить базовое обслуживание и даже диагностировать неисправности. Эта статья предназначена для начинающих и предоставит подробный обзор основных компонентов и процессов, происходящих внутри двигателя.

Содержание

Основные компоненты двигателя

Двигатель состоит из множества деталей, каждая из которых выполняет свою функцию. Рассмотрим основные компоненты:

Блок цилиндров: Основная часть двигателя, в которой расположены цилиндры. Обычно изготавливается из чугуна или алюминия.
Цилиндры: Внутри цилиндров перемещаются поршни. Обычно двигатели имеют от 3 до 12 цилиндров, чаще всего 4 или 6.
Поршни: Движущиеся части, которые сжимают топливно-воздушную смесь и передают энергию сгорания на коленчатый вал.
Шатуны: Соединяют поршни с коленчатым валом. Преобразуют возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала.
Коленчатый вал: Вращающийся вал, который преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение, передаваемое на трансмиссию.
Головка блока цилиндров: Расположена над блоком цилиндров и содержит клапаны, свечи зажигания (в бензиновых двигателях) или форсунки (в дизельных двигателях).
Клапаны: Открывают и закрывают впускные и выпускные каналы, регулируя поступление топливно-воздушной смеси в цилиндры и выпуск отработавших газов.
Распределительный вал: Управляет открытием и закрытием клапанов.
Система смазки: Обеспечивает смазку трущихся деталей двигателя, снижая износ и отводя тепло.
Система охлаждения: Поддерживает оптимальную температуру двигателя, предотвращая перегрев.
Система зажигания (в бензиновых двигателях): Обеспечивает поджиг топливно-воздушной смеси в цилиндрах.
Система впрыска топлива: Подает топливо в цилиндры.
Система выпуска отработавших газов: Отводит отработавшие газы из цилиндров и снижает их вредное воздействие на окружающую среду.

Принцип работы двигателя (четырехтактный цикл)

Большинство современных автомобильных двигателей работают по четырехтактному циклу. Этот цикл состоит из четырех этапов:

Читать статью Снова в школу: как обезопасить ребенка в автомобиле и на дороге

1. Впуск

Во время такта впуска поршень движется вниз, создавая разрежение в цилиндре. Впускной клапан открывается, и топливно-воздушная смесь (в бензиновых двигателях) или только воздух (в дизельных двигателях) поступает в цилиндр.

2. Сжатие

После закрытия впускного клапана поршень начинает двигаться вверх, сжимая топливно-воздушную смесь (или воздух). Сжатие увеличивает температуру и давление смеси, подготавливая ее к воспламенению.

3. Рабочий ход (Сгорание)

В конце такта сжатия свеча зажигания (в бензиновых двигателях) выдает искру, поджигая сжатую топливно-воздушную смесь. В дизельных двигателях топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением, и оно самовоспламеняется из-за высокой температуры сжатого воздуха. Сгорание создает высокое давление, которое толкает поршень вниз, совершая полезную работу.

4. Выпуск

После рабочего хода поршень начинает двигаться вверх, открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускную систему.

Различия между бензиновыми и дизельными двигателями

Хотя и бензиновые, и дизельные двигатели работают по принципу внутреннего сгорания, между ними есть существенные различия:

Зажигание: Бензиновые двигатели используют свечи зажигания для воспламенения топливно-воздушной смеси, а дизельные двигатели используют сжатие воздуха для повышения температуры до точки самовоспламенения топлива.
Топливо: Бензиновые двигатели используют бензин, а дизельные – дизельное топливо.
Степень сжатия: Дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия, чем бензиновые.
Экономичность: Дизельные двигатели, как правило, более экономичны, чем бензиновые, особенно при больших нагрузках.
Крутящий момент: Дизельные двигатели обычно выдают больший крутящий момент на низких оборотах.

Система смазки двигателя

Система смазки играет жизненно важную роль в обеспечении долговечности двигателя. Она выполняет следующие функции:

Снижение трения: Масло образует тонкую пленку между трущимися деталями, снижая трение и износ.
Охлаждение: Масло отводит тепло от горячих деталей двигателя.
Очистка: Масло улавливает загрязнения и отложения, перенося их в масляный фильтр.
Защита от коррозии: Масло защищает детали двигателя от коррозии.
Уплотнение: Масло помогает уплотнять зазоры между поршнями и цилиндрами.

Система смазки состоит из следующих основных компонентов:

Масляный поддон: Резервуар для хранения масла.
Масляный насос: Обеспечивает циркуляцию масла по системе.
Масляный фильтр: Очищает масло от загрязнений.
Масляные каналы: Проводят масло к трущимся деталям.
Датчик давления масла: Контролирует давление масла в системе.

Читать статью Обязанности водителя перед выездом на линию

Система охлаждения двигателя

Система охлаждения поддерживает оптимальную температуру двигателя, предотвращая перегрев. Перегрев может привести к серьезным повреждениям двигателя, таким как деформация головки блока цилиндров, повреждение поршней и цилиндров, и даже заклинивание двигателя.

Система охлаждения состоит из следующих основных компонентов:

Радиатор: Охлаждает охлаждающую жидкость, проходящую через него.
Водяной насос (помпа): Обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по системе.
Термостат: Регулирует температуру охлаждающей жидкости, поддерживая ее в оптимальном диапазоне.
Вентилятор: Усиливает поток воздуха через радиатор, улучшая охлаждение.
Расширительный бачок: Компенсирует изменения объема охлаждающей жидкости, вызванные изменением температуры.
Шланги: Соединяют различные компоненты системы охлаждения.

Система впрыска топлива

Система впрыска топлива отвечает за подачу топлива в цилиндры двигателя. Существует несколько типов систем впрыска топлива, включая:

Карбюратор: Более старая система, в которой топливо смешивается с воздухом в карбюраторе перед поступлением в цилиндры. Карбюраторы менее эффективны и экологичны, чем современные системы впрыска топлива.
Моновпрыск (центральный впрыск): Одна форсунка впрыскивает топливо во впускной коллектор.
Многоточечный впрыск (распределенный впрыск): Каждая форсунка впрыскивает топливо непосредственно во впускной канал каждого цилиндра. Более эффективная и точная система, чем моновпрыск.
Непосредственный впрыск топлива: Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр под высоким давлением. Обеспечивает еще более высокую эффективность и мощность.

Система выпуска отработавших газов

Система выпуска отработавших газов отводит отработавшие газы из цилиндров двигателя и снижает их вредное воздействие на окружающую среду. Она состоит из следующих основных компонентов:

Выпускной коллектор: Собирает отработавшие газы из цилиндров.
Каталитический нейтрализатор: Преобразует вредные вещества в отработавших газах в менее вредные.
Резонатор: Снижает шум отработавших газов.
Глушитель: Снижает шум отработавших газов до приемлемого уровня.

Система зажигания (для бензиновых двигателей)

Система зажигания отвечает за создание искры, необходимой для воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндрах бензинового двигателя. Она состоит из следующих основных компонентов:

Аккумулятор: Обеспечивает электроэнергией систему зажигания.
Катушка зажигания: Увеличивает напряжение от аккумулятора до уровня, необходимого для создания искры;
Распределитель зажигания (в старых системах): Распределяет высокое напряжение по свечам зажигания в правильной последовательности.
Свечи зажигания: Создают искру в цилиндрах, поджигая топливно-воздушную смесь.
Провода высокого напряжения: Соединяют катушку зажигания (или распределитель зажигания) со свечами зажигания.

Читать статью 5 советов, как подготовить машину к долгому путешествию и сэкономить

Современные тенденции в двигателестроении

Современные двигатели становятся все более сложными и эффективными. Вот некоторые из основных тенденций в двигателестроении:

Турбонаддув и компрессор: Использование турбонаддува или компрессора для увеличения мощности двигателя за счет увеличения количества воздуха, поступающего в цилиндры.
Непосредственный впрыск топлива: Более широкое распространение непосредственного впрыска топлива для повышения эффективности и снижения выбросов.
Изменяемые фазы газораспределения: Использование систем изменяемых фаз газораспределения для оптимизации работы клапанов в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки.
Гибридные двигатели: Сочетание двигателя внутреннего сгорания с электродвигателем для повышения экономичности и снижения выбросов.
Электрические двигатели: Полный переход на электрические двигатели, не использующие топливо.

Понимание основ строения двигателя – важный шаг для любого начинающего автолюбителя. На странице https://example.com вы найдете много полезной информации об автомобилях. Это позволит вам лучше понимать принципы работы автомобиля, проводить базовое обслуживание и даже диагностировать некоторые неисправности. С каждым годом автомобили становятся все сложнее, и знание основ строения двигателя поможет вам оставаться в курсе последних технологий.