Как работает двигатель автомобиля?

Двигатель – один из важнейших элементов автомобиля. На самом деле, это, вероятно, самая важная часть всего автомобиля. И хотя большинство владельцев автомобилей знают, как выглядит двигатель, редко встречаются те, кто знает, как он работает или различные компоненты, необходимые для движения их автомобиля. Понимание того, как работает двигатель и различные процессы, необходимые для преобразования воздуха и топлива в движущую силу, могут помочь вам сэкономить деньги в следующий раз, когда вы идете в авторемонтную мастерскую.

Как работает двигатель автомобиля

Что такое автомобильный двигатель?

Двигатель – это механический элемент, преобразующий энергию, созданную при сгорании топлива, в механическое движение. Основные типы двигателей, которые можно встретить на автомобилях, называются двигателями внутреннего сгорания. Типичный двигатель внутреннего сгорания сжигает топливо, создавая взрыв в замкнутом пространстве, создавая давление, которое затем используется для вращения различных компонентов, в конечном счете заставляя колеса двигаться.

Основными компонентами автомобильного двигателя внутреннего сгорания являются следующие:

Двигатель 

  • Клапаны
  • Клапан пружины
  • Распределительный вал
  • Подъемное приспособление

Блок двигателя

  • Поршни
  • Шатун
  • Цилиндры
  • Свеча зажигания
  • Коленчатый вал
  • Упорные подшипники
  • Масляный поддон
  • Водяной насос
  • Ремень ГРМ или цепь
  • Маховик

Перечисленные выше компоненты являются самыми важные потому что двигатель также полагается на широкий спектр датчиков и электрические двигатели, чтобы сделать свою работу должным образом. Новые двигатели также укомплектованы небольшими электронными частями и модулями управления для обеспечения их работы.

Различные типы автомобильных двигателей

Автомобильные двигатели бывают всех форм и видов. Каждый из них имеет свои преимущества и неудобства. Некоторые из них созданы для скорости в то время как другие обеспечивают лучшую топливную экономичность. Производители автомобилей стремятся чтобы выбрать конкретный размер двигателя и конфигурацию на основе цели клиентов, их потребностей и их бюджета. Рассмотрим различные типы двигатели и то, для чего они обычно используются.

Количество цилиндров

Самый простой способ классифицировать автомобильные двигатели основан на их общем количестве цилиндров. Наиболее распространенное количество цилиндров – 4, но 6-и 8-цилиндровые двигатели часто встречаются на внедорожниках, спортивных автомобилях и пикапах. Большинство небольших автомобилей начального уровня оснащаются 4-цилиндровыми двигателями из-за снижения производственных затрат с точки зрения дилера, но также и потому, что 4 цилиндра обычно сжигают меньше топлива, чем 8. Более быстрые автомобили и тяжелые грузовики, очевидно, сжигают больше топлива, чем маленький седан.

Конфигурации компоновки

Встроенный

Двигатели с рядными цилиндрами являются наиболее распространенным типом автомобильных двигателей. Все цилиндры сконфигурированы в одну линию и расположены на одной стороне коленчатого вала.

Это, безусловно, самая простая установка двигателя что делает его довольно недорогим по сравнению с другими конфигурациями двигателей. Хотя он занимает мало места с точки зрения ширины, этот двигатель, однако, требует много места в длину, особенно в случае встроенных 6 и 8.

Основной недостаток рядных двигателей заключается в том, что дисбаланс вызван расположением цилиндров на одной линии. Дисбаланс двигателя может привести к серьезным вибрациям, если он не будет правильно контролироваться. Для избежания этого производители автомобилей часто добавляют балансирный вал, соединенный с коленчатый вал работает как противовес.

V-образный

Как следует из их названия, V-образные двигатели являются, действительно, в форме буквы V. цилиндры расположены в два ряда, все они прикреплены к тот же коленчатый вал и они запускаются поочередно. Такая конфигурация позволяет автопроизводителям использовать более короткий и легкий коленчатый вал, как правило создает больше энергии, одновременно уменьшая вибрации. V-образные двигатели обычно предложите значительно больший крутящий момент при низких оборотах в минуту по сравнению с рядными двигателями.

Однако V-образная форма также приносит свои ограничения и результат в очень сложном двигателе часто требуя больше обслуживания которое, внутри поверните, результат в более высоких работать и расходах на техническое обслуживание.

W-образная

W-образные двигатели идентичны и работают точно как и модели “V”, с той разницей, что они удваиваются с помощью расположенных в шахматном порядке рядами цилиндров.

Главным преимуществом W-образных двигателей является то, что большое количество цилиндров может быть установлено в пределах минимального пространства, позволяющее использовать еще более короткий коленчатый вал, чем на V-образном двигателе.

Этот тип двигателя гораздо сложнее чем рядные и v-образные двигатели, особенно если смотреть на головку двигателя и клапанный механизм. Это, вероятно, одна из причин, почему этот тип двигателя в основном используется в авиации или только в автомобилях высокого класса.

Плоские Двигатели

Плоские двигатели являются полностью плоскими: все поршни находятся в одной плоскости, обычно горизонтальной. Цилиндры всегда четны по числу и расположены по обе стороны от коленчатого вала.

Такая конфигурация двигателя очень практична так как он занимает очень мало высоты. Плоские двигатели, таким образом, могут быть расположены очень низко на шасси автомобиля, имея очень низкий центр тяжести, что будет значительно улучшит управляемость автомобиля.

Кроме того, тот факт, что поршни противостоят друг другу с обеих сторон коленчатого вала, это приводит к лучшему балансу двигателя, который также приводит к меньшему количеству вибраций и лучшему общему балансу автомобиля на дороге.

С другой стороны, плоские двигатели часто довольно трудно обслуживать. Типичные работы по техническому обслуживанию, классифицируемые как” быстрые и легкие ” на других типах двигателей, часто гораздо сложнее выполнять на плоском двигателе. Замена свечей зажигания-хороший пример. То, что займет меньше часа, чтобы выполнить на любом другом рядном двигателе, может легко занять до 4-5 часов на двигателе Boxter.

Плоские двигатели часто встречаются в автомобилях с высокой репутацией затрат на техническое обслуживание, таких как Subaru, Porsche и Westfalia и это лишь некоторые из них.

Прямой впрыск или нет

Непосредственный впрыск является наиболее распространенным методом впрыска топлива, используемым производителями автомобилей сегодня, поскольку он значительно повышает топливную экономичность автомобиля в соответствии с новыми экологическими стандартами. Эта система также ограничивает выбросы загрязняющих веществ и увеличивает крутящий момент при низких оборотах в минуту.

Принцип этой системы относительно прост: топливо непосредственно впрыскивается в камеру сгорания прямо перед искрой. Этот тип впрыска помогает сохранить впуск и дроссельную заслонку чище, так как нет никаких топливных отложений вообще.

С обычными системами впрыска топлива,  форсунки помещаются перед впускным клапаном или встроены в него во впускной коллектор. Такая система позволяет пропускать воздух, топливо поступает в двигатель при открытии впускного клапана и не поддается контролю индивидуально.

Дизельный двигатель

Дизельные двигатели работают аналогично бензиновым двигателям, но система зажигания гораздо проще. В бензиновом двигателе, воздушно-топливная смесь обычно сжимается в 10 раз. Однако в дизельном двигателе, это не редкость, что воздух в конечном итоге сжимается целых 25 раз. Когда сжатый до такой степени воздух внутри камер сгорания может достигать температура до 500 ° C (1000 ° F), а иногда и больше.

Как только воздух сжат, дизельное топливо распыляется в цилиндр. В этот момент температура внутри камеры сгорания камеры настолько высоки, что топливо воспламеняется мгновенно, без необходимости искра. Остальная часть цикла довольно похожа на любой другой топливный двигатель двигатель.

Роторный двигатель

Роторный двигатель – это двигатель внутреннего сгорания, вращающийся вокруг неподвижного коленчатого вала. Этот тип двигателя был очень распространен в авиации, когда соотношение мощности к массе было главным критерием потребления и надежности.

Роторные двигатели не используют коленчатый вал, так как сам поршень производит вращательное движение.

Основные принципы работы

Общий принцип работы автомобильного двигателя достаточно простой. Цель состоит в том, чтобы использовать энергию, производимую горение окислительно-топливной смеси в закрытой камере. Когда воздух / топливо смесь горит, происходит значительное расширение газов, которые в свою очередь используются чтобы заставить поршни двигаться вверх и вниз и заставить коленчатый вал вращаться. Всё это происходит в цикле цикла и начинается снова и снова.

Автомобильные двигатели – это так называемые ”4-тактные” двигатели.

  • Свечи зажигания –  создают искру, вызывая взрыв внутри камер сгорания.
  • Цилиндры – как следует из их названия, это цилиндры, содержащие взрыв и направляющие поршни в вертикальном движении.
  • Поршни – они выполняют 2 роли; сжимают взрывчатую смесь и передают полученную энергию на шатуны.
  • Поршневые кольца – это уплотнения, расположенные вокруг поршней, позволяющие им сжимать воздух, содержащийся в цилиндрах, а также смазывать стенки цилиндров, когда они поднимаются и опускаются.
  • Шатуны – они передают энергию взрыва от поршней к коленчатому валу и способствуют превращению вертикального движения во вращательное.
  • Коленчатый вал – это часть, поддерживающая шатуны и передающая вращательное движение маховику.
  • Клапаны – двигатель имеет два различных типа клапанов: впускные клапаны и выпускные клапаны. И то и другое работает одинаково, но служит противоположным целям. Они открываются под действием качалок, следующих за движением распределительного вала, и автоматически закрываются благодаря специальным клапанным пружинам. Впускные клапаны позволяют воздушно-топливной смеси поступать в камеру сгорания, а выпускные клапаны выпускают сгоревшие газы.
  • Распределительный вал – это компонент, позволяющий клапанам открываться и закрываться синхронно с положением поршней.

Такт впуска

Первый ход-это ход впуска. То поршень находится в верхней мертвой точке, а выпускной клапан закрыт. Впускной клапан открывается, пропуская воздух в камеры сгорания. Коленчатый вал, поршень опускается, создавая вакуум, всасывая воздушно-топливную смесь.

Ход сжатия

Ход сжатия начинается, когда поршень достигает нижней мертвой точки и впускной клапан закрывается. Оба клапана теперь плотно закрыты. Поршень под действием коленчатого вала начинает двигаться вверх по цилиндру, сжимая воздушно-топливную смесь в камере сгорания.

Ход сгорания

Когда поршень находится в самой высокой точке, то свеча зажигания произведет искру, Воспламеняющую воздушно-топливную смесь. Сгорание из воздушно-топливной смеси создается огромное, повышается давления внутри цилиндра, заставляющего поршень опускаться вниз и заставляющий коленчатый вал вращаться.

Ход выхлопа

Когда поршень достигнет нижней мертвой точки, выпускные клапаны откроются и позволят сгоревшим парам выталкиваться из цилиндра, когда поршень снова поднимется. Непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки, впускной клапан открывается, а выпускной клапан остается открытым несколько мгновений.

Различные внутренние системы и их применение

Система впуска

Чтобы эффективно гореть, топливо должно быть смешано с воздух в правильной пропорции; 14: 1, чтобы быть точным. Это специфическое соотношение воздух / топливо называется стехиометрическим и является наиболее экономичным соотношением топлива для использования в современные двигатели внутреннего сгорания.

Внутри воздухозаборника создается правильная воздушно-топливная смесь . Воздух начинает свое путешествие путем прохождения через воздушный фильтр, который нужно очистить и убеждаться что никакие твердые частицы не могут попасть в камеру сгорания. Даже мельчайшие частицы пыли или металлические хлопья могут серьезно повредить двигатель и вызвать проблемы с расходом масла.

Топливо, с другой стороны, распыляется непосредственно во впускное отверстие, ожидая открытия впускных клапанов. Воздушно-топливная смесь контролируется кислородными датчиками, измеряющими количество топлива, оставшегося в выхлопных газах. Если в выхлопных газах будет обнаружено слишком много топлива, модуль управления трансмиссией уменьшит количество топлива, распыляемого во впускном отверстии, и наоборот. Такой процесс гарантирует, что воздушно-топливная смесь всегда будет максимально оптимальной.

Обратите внимание, что на более новых двигателях воздух и топливо являются смешивается непосредственно в камере сгорания, что позволяет получить более точную смесь для каждый из цилиндров. Эти двигатели называются двигателями с непосредственным впрыском топлива и их популярность растет с каждым годом из-за лучшей топливной экономичности они могут добиться своего.

Важно отметить, что в некоторых случаях, некоторые из выхлопных газов могут быть рециркулированы во впускное отверстие, чтобы уменьшить количество NOx, опасного атмосферного загрязнителя, производимого двигателем или в виде способ охлаждения камер сгорания.

Выхлопная система

Выхлопная система начинается в задней части автомобиля. Выпускной коллектор крепится к головке блока цилиндров и получает выхлопные газы от двигателя. Коллектор направляет тепло и дым, направленный в заднюю часть автомобиля, чтобы усилить окисление несгоревшие углеводороды и угарный газ.

Выхлопные газы затем достигают каталитического нейтрализатора, который специально разработан для превращения токсичных выхлопных газов в углекислый газ, который намного менее токсичен, чем угарный газ, и в воду с помощью химической реакции.

Датчик O2  расположен непосредственно перед и сразу после каталитического нейтрализатора, чтобы гарантировать, что соотношение воздух/топливо поддерживается в течение всего времени, чтобы сэкономить на стоимости топлива и минимизировать производимые загрязняющие вещества, насколько это возможно.

Последним компонентом системы является глушитель, работа которого заключается в уменьшении шума, создаваемого взрывами внутри двигателя, путем направления паров в отсеки, называемые резонансными камерами Гельмгольца, прежде чем выпускать их в атмосферу. Вся выхлопная система часто кажется ничем иным, как изогнутым металлическим трубопроводом.

Топливная система

В случае старых двигателей используется карбюратор для взаимодействия с воздушно-топливной смесью перед отправкой ее во впускной коллектор. На последних двигателях, однако, карбюратор заменен инжекторами, которые являются небольшие форсунки высокого давления распыляют топливо во впускной канал или непосредственно в воздухозаборник.

Топливо должно быть под давлением, чтобы распыляться достаточно мелкими каплями, чтобы иметь возможность легко испаряться при входе в камеры сгорания. Это работа топливного насоса, чтобы создать давление в топливной системе.

Система охлаждения

Во время процесса сгорания двигатель создает много тепла, что может быстро привести к перегреву, если нет правильной регулировки. Именно тогда на помощь приходит система охлаждения. Для того чтобы держать жару под контролем, цилиндры окружены проходами заполненными охлаждающей жидкостью. Охлаждающая жидкость проходит вокруг всех основных компонентов двигателя, а затем течет через радиатор. Благодаря вентилятору радиатора дует свежий воздух через ребра радиатора охлаждающая жидкость охлаждается до приемлемого уровня, перед возвращением в двигатель.

Системы наддува

Цель наддува двигателя с использованием турбокомпрессора или нагнетателя предназначена для увеличения выходной мощности и уменьшения расхода топлива. Значительно увеличить выходную мощность двигателя, можно путем воздействия на его скорость вращения, либо на его крутящий момент. Тем не менее, возможное увеличение оборотов быстро ограничивается инерцией движущихся частей и предел сопротивления трению металлических деталей.

Крутящий момент двигателя зависит от угла между шатуном и коленчатым валом, давления газа внутри цилиндра и количества затраченного топлива.

Таким образом, можно увеличить крутящий момент двигателя путем добавления турбонагнетателя или турбонагнетателя для нагнетания большего количества воздуха система, следовательно, позволяет распылять в нее больше топлива, что приводит к более высокой выходной мощности.

Системы с промежуточным охлаждением

Объем воздуха, содержащегося в данном цилиндре, равен пропорционально давлению и, наоборот, также пропорционально его абсолютному температурному значению. Когда воздух находится под давлением, его температура повышается, а плотность увеличивается, модифицируется. Более холодный воздух содержит больше кислорода. Поэтому рекомендуется установить воздушный охладитель для охлаждения воздуха. Двигатель и таким образом восстанавливает оптимальную плотность кислорода для пиковых характеристик. Для достижения этой цели производители автомобилей используют систему интеркулера для охлаждения воздуха прежде чем его впустят в воздухозаборник.

В заключение можно сказать, что несмотря на то что у каждого производителя автомобилей есть свои технологии, фундаментальные принципы работы одинаковы для всех двигателей внутреннего сгорания. Последние автомобили могут быть оснащены усовершенствованным хронометражем системы и электронных модулей, но основы остаются прежними.

Также может  быть интересно:

Про программирование ECU

Утечка антифриза причины

Почему горит ошибка check engine?