Что такое двигатель: определение, особенности и характеристики

Система смазки ЗМЗ 406

Моторная смазка, находящаяся в поддоне картера, через масло приёмный сетчатый фильтр забирается шестеренчатым насосом и под давлением перемещается в масляный фильтр, где удаляются даже самые мелкие примеси. После очистки масло поступает в каналы коленвала. Далее прокачивается внутри шеек коленвала, где обеспечивает надёжную смазку трущихся деталей. Далее, под давлением, через канал в шатуне, масло смазывает палец поршня и часть масла попадает на днище поршня, тем самым охлаждая его. Выполнив свою задачу, моторная смазка стекает в поддон картера и процесс смазки повторяется снова.

Основные параметры электродвигателя

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

• где M – вращающий момент, Нм,
• F – сила, Н,
• r – радиус-вектор, м

Справка: Номинальный вращающий момент М_ном, Нм, определяют по формуле

,

• где P_ном – номинальная мощность двигателя, Вт,
• n_ном — номинальная частота вращения, мин-1

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

Справка: В английской системе мер сила измеряется в унция-сила (oz, ozf, ounce-force) или фунт-сила (lb, lbf, pound-force)

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Мощность электродвигателя постоянного тока

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

• где P – мощность, Вт,
• A – работа, Дж,
• t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы .

,

где s – расстояние, м

Для вращательного движения

,

где – угол, рад,

,

где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Справка: Номинальное значение — значение параметра электротехнического изделия (устройства), указанное изготовителем, при котором оно должно работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

• где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
• P₁ — подведенная мощность (электрическая), Вт,
• P₂ — полезная мощность (), Вт

• При этом

потери в электродвигатели обусловлены:
электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

• где J – момент инерции, кг∙м2,
• m — масса, кг

Справка: В английской системе мер момент инерции измеряется в унция-сила-дюйм (oz∙in∙s2)

1 oz∙in∙s2 = 0,007062 kg∙m2 (кг∙м2)

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

где – угловое ускорение, с-2

,

Справка: Определение момента инерции вращающейся части электродвигателя описано в ГОСТ 11828-86

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики .

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

где – постоянная времени, с

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Описание конструкции коленчатого вала

Материал изготовления коленвала, высокопрочный чугун. На коленвале имеются восемь противовесов. От смещения по оси он удерживается упорными полу шайбами, установленными на шейке, которая находиться среди коленчатого вала. К заднему концу последнего крепиться маховик. Он нужен для накопления и отдачи энергии, когда в этом возникает необходимость. В отверстие, расположенное по средине маховика, вставляется подшипник и втулка первичного вала КПП. Внутри коленвала имеются масляные магистрали, для подачи смазки к подшипникам скольжения, далее к шатуну и через магистраль шатуна к верхней его головке.

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение. 

Принцип работы четырехтактного двигателя

Такты четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации

Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта)

Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

1. На такте впуска поршень в цилиндре движется вниз, от клапанов к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он начинает опускаться, открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или только воздух, если двигатель с непосредственным впрыском). При движении поршень сам «накачивает» нужный объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, или воздух поступает под напором, если установлен турбонаддув.
2. Дойдя до нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. При этом впускной клапан закрывается, и при движении поршень сжимает воздух с распыленным в нём топливом до критического давления.
3. Как только поршень условно доходит до верхней мертвой точки и компрессия становится максимальной, срабатывает свеча зажигания и топливо вспыхивает (дизтопливо зажигается при сжатии само, без искры). Микровзрыв от вспышки толкает поршень снова вниз, к НМТ.
4. И на четвертом такте открывается выпускной клапан. Поршень снова движется вверх, выдавливая из камеры сгорания выхлопные газы в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного двигателя

По сути, полезной работы в двигателе только один такт из четырех, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, толкающее поршень. Остальные три такта нужны как вспомогательные, которые не дают импульса к движению, но на них расходуется энергия.

При таких условиях двигатель мог бы остановиться, когда кривошипно-шатунный механизм (КШМ) приходит к энергетическому равновесию. Но чтобы этого не произошло, используется  большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленвале, уравновешивающие нагрузки от работы поршней.

Принцип работы двухтактного двигателя

Такты двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели используются не слишком широко. В основном это моторы скутеров и мопедов, легких моторных лодок, газонокосилок. Весь рабочий процесс такого двигателя можно разделить на два основных этапа:

1. В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней) в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь. Поднимаясь, поршень сжимает ее до критической компрессии, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит поджиг.
2. Сгорая, топливо толкает поршень вниз, при этом одновременно открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания выходят из цилиндра. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), повторяется первый такт – впуск и сжатие одновременно.

Работа двухтактного двигателя

Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективней четырехтактного, ведь здесь на полезное действие приходится половина работы. Но в реальности мощность двухтактного двигателя намного ниже, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном механизме газораспределения.

При сгорании топлива часть энергии уходит в выпускной коллектор, не выполняя никакой работы кроме нагрева. В итоге, двухтактные двигатели применяются только в маломощном транспорте и требуют особых моторных масел.

Описание устройства мотора 3СТ

Серия 3СТ считается более надежной, чем предыдущие модификации моторов на дизеле. Силовой агрегат – рядный, блок цилиндров вылит из чугуна. Он не любит сильных перегревов. При высоких температурах начинается трескаться. А головку блока цилиндров ведет, и она деформируется.

Ход поршня равен 94 мм. По техническим показателям этот двигатель является мощным агрегатом. Привод газораспределительного механизма управляется ремнем вместо цепи. Установлена турбина и мотор оснащается системой облегчения запуска. Возможна регулировка дроссельной заслонки.

Но в двигателе 3СТ отсутствует балансировочный вал. Это негативно сказывается на моторе. А также агрегат 3СТ не соответствует современным экологическим нормам. Масляный насос ненадежен и часто выходит из строя.

Давайте рассмотрим какие транспортные средства оснащались этим двигателем 3СТ.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Несмотря на разнообразие типов и конструкций ДВС, принцип его устройства остается практически неизменным на любой технике. Конечно, отдельные элементы конструкции могут сильно отличаться на разных двигателях, но основные узлы и компоненты очень похожи между собой.

Итак, двигатель внутреннего сгорания состоит из таких конструктивных узлов.

1. Блок цилиндров (БЦ) – «оболочка» ЦПГ и всего двигателя в целом, в том числе с рубашкой системы охлаждения.
   Блок цилиндров
2. Кривошипно-шатунный механизм, он же КШМ – узел, в котором происходит преобразование прямолинейного движения поршня во вращательное. Состоит из коленвала, поршней, шатунов, маховика, а также подшипников скольжения (вкладышей), на которые опирается коленвал и крепления шатунов.
   Кривошипно-шатунный механизм: 1 — цилиндр; 2 — маховик; 3 — шатунный подшипник; 4 — коленчатый вал; 5 — колено; 6 — коренной подшипник; 7 — шатун.
3. Газораспределительный механизм (ГРМ) – это система подачи в цилиндры топливно-воздушной смеси и отвода выхлопных газов. Состоит из распредвалов, клапанов с коромыслами или штангами, ремня ГРМ, благодаря которому вся система работает синхронно с оборотами коленвала.
   Газораспределительный механизм
4. Система питания – это узел, в котором происходит подготовка топливно-воздушной смеси, которая затем подается в камеры сгорания. В зависимости от конструкции система подачи топлива может быть карбюраторной (одна форсунка на двигатель), инжекторной (форсунки установлены перед впускным клапаном каждого цилиндра), с непосредственным впрыском (форсунка установлена внутри камеры сгорания). Включает в себя топливный бак с фильтром и насосом, карбюратор (опционально), впускной коллектор, форсунки, ТНВД (в дизельных двигателях), воздухозаборника с воздушным фильтром.
   Система питания
5. Система смазки двигателя – обеспечивает подачу смазки в каждый из узлов трения, а также на участки, требующие дополнительного охлаждения (например, на нижнюю часть поршней). Состоит из масляного насоса, подключенного к коленвалу, системы трубок и каналов, выходящих на пары трения, масляного фильтра, масляного поддона. В зависимости от конструкции различаются двигатели с «сухим» и «мокрым» картером. У первых емкость для сбора моторного масла расположена отдельно, во вторых – непосредственно под двигателем.
   Система смазки двигателя: 1 – масляный насос; 2 – пробка сливного отверстия картера; 3 – маслоприемник; 4 – редукционный клапан; 5 – отверстие для смазывания распределительных шестерен; 6 – датчик сигнальной лампы аварийного давления масла; 7 – датчик указателя давления масла; 8 – кран масляного радиатора; 9 – масляный радиатор; 10 – масляный фильтр.
6. Система зажигания – нужна для поджига топливной смеси в камере сгорания. Применяется только на бензиновых двигателях, поскольку дизтопливо воспламеняется само от сжатия. Включает в себя свечи зажигания, высоковольтные провода, катушки зажигания, а также распределитель (трамблер) на двигателях старого типа. В современных моторах система зажигания обходится без трамблера и даже без проводов: используется конструкция «катушка на свече».
   Система зажигания двигателя: 1 – генератор; 2 – выключатель зажигания; 3 – распределитель зажигания; 4 – кулачок прерывателя; 5 – свечи зажигания; 6 – катушка зажигания; 7 – аккумуляторная батарея.
7. Система охлаждения – заботится о поддержании заданной рабочей температуры двигателя. Жидкостная система охлаждения состоит из теплоносителя (охлаждающей жидкости, антифриза), рубашки охлаждения (сеть камер и каналов внутри блока цилиндров), теплообменника (радиатор охлаждения), водяного насоса и термостата.
   Система охлаждения
8. Электросистема – это источники энергии, необходимой для старта двигателя и поддержания его работы. К электросистеме относится аккумуляторная батарея, генератор, стартер, проводка и датчики работы двигателя.
9. Выхлопная система – отводит продукты сгорания из двигателя, выполняет функцию доочистки выхлопных газов, регулирует звук работы мотора. Состоит из выпускного коллектора, катализатора и сажевого фильтра (опционально), резонатора, глушителя.

Выхлопная система

Каждая их этих частей постепенно развивается и совершенствуется в зависимости от запросов времени. Стремление к росту мощности сменилось поиском самых надежных и долговечных решений, затем на первое место вышла экономия топлива, а сегодня – забота о природе.

Определение мощности двигателя

Эффективная мощность-это мощность, снимае­мая с коленчатого вала двигателя. Если измере­ние выполняется после трансмиссии, необходимо учесть потери в трансмиссии. Номинальная мощ­ность — это гарантируемая изготовителем мощ­ность двигателя на режиме полного дросселя и заданной частоты вращения. Номинальная мощ­ность соответствует эффективной мощности.

Формулы преобразования (см. таблицу ниже) применяются для перевода результатов динамометрических испытаний к нормальным (стандартным) атмосферным условиям, учиты­вающим влияние на мощностные показатели температуры и давления окружающего воздуха. При помощи этой процедуры плотность воздуха и, следовательно, эффективный объем воздуха в двигателе преобразуется в определенные «стандартные условия» для массы воздуха.

Таблица иллюстрирует наиболее важные стандарты, используемые для коррекции мощности.

Расчетные уравнения для двигателей внутреннего сгорания

Переменные могут быть введены в уравнения в любых единицах измерения. Единицы измерения величины, которую необходимо рассчитать, выводятся из единиц измерения, выбранных из условий уравнения Числовые уравнения действительны только для указанных единиц измерения.

Рабочий объем и объем камеры сгорания двигателя

Приведенная ниже диаграмма применима для определения рабочего объема V_h и объема камеры сгорания V_c отдельного цилиндра и рабочего объема V_H и объема камеры сгорания всего двигателя V_C  соответственно.

Например, двигатель с рабочим объемом 1,2 л и степенью сжатия ε= 8 имеет объем камеры сгорания 0,17л.

Ход поршня относительно ВМТ для ряда углов поворота коленчатого вала

Выполнено преобразование угла поворота коленчатого вала к перемещению поршня в мм.

Например, если ход поршня относительно ВМТ равен 25 мм, то при угле поворота коленчатого вала в 45ход поршня составит 140 мм.

При построении диаграммы принималось значение отношения длины шатуна к радиусу кривошипа l/r=4 (l- длина шатуна, r — радиус кривошипа, равный половине длины хода поршня). Однако, с достаточной степенью точности (ошибка — менее 2 %) значение l/r можно принять равным 3,5-4,5.

Скорость движения поршня

Например, при ходе поршня s = 86 мм и частоте вращения коленчатого вала п = 2800 мин-1 средняя скорость поршня;

v_m = 8 м/с, а максимальная скорость поршня v_max = 13 м/с.

Диаграмма построена для v_max = 1,62 v_m.

Увеличение плотности воздуха в цилиндре при наддуве (турбонаддуве)

Увеличение плотности заряда при наддуве в зависимости от коэффициента повышения давления в компрессоре, к.пд. компрессора и эффективности промежуточного охладителя воздуха (IC)

p₂/p₁ =π_с— коэффициент повышения давления на стадии предварительного сжатия;

ρ₂/ρ₁ — увеличение плотности;

ρ₁ — плотность на входе компрессора;

ρ₂ — плотность на выходе компрессора в кг/м3;

T’₂/ Т₂ — эффективность промежуточного охладителя;

Т₂ — температура до промежуточного охладителя т воздуха; IC,

Т’₂ — температура после промежуточного охладителя воздуха IC в К;

η_Is—v — изоэнтропический кпд компрессора.

Общее устройство ДВС

Устройство двигателя внутреннего сгорания достаточно простое, тем, кто уже сталкивался с их ремонтом, и достаточно тяжелое тому, кто еще не имеет представление об этом агрегате. Силовой агрегат включает в свое строение несколько немаловажных систем. Рассмотрим, общее устройство двигателя:

1. Систему впрыска.
2. Блок цилиндров.
3. Головку блока.
4. Газораспределительный механизм.
5. Систему смазки.
6. Систему охлаждения.
7. Механизм выхлопа отработанных газов.
8. Электронную часть двигателя.

Все эти элементы определяют устройство и принцип работы ДВС. Далее стоит рассмотреть, из чего состоит двигатель автомобиля, а именно сам силовой агрегат в сборе:

1. Коленчатый вал — вращается в самом сердце блока цилиндров. Приводит в работу поршневую систему. Он купается в масле, поэтому расположен ближе к поддону картера.
2. Поршневая система (поршни, шатуны, пальцы, втулки, вкладыши, бугеля и маслосъемные кольца).
3. Головка блока цилиндров (клапаны, сальники, распределительный вал и другие элементы ГРМ).
4. Масляный насос — циркулирует смазочную жидкость по системе.
5. Водяной насос (помпа) — обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости.
6. Комплект газораспределительного механизма (ремень, ролики, шкивы) — обеспечивает правильность тактности. Ни один двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на тактах, не может без этого элемента.
7. Свечи зажигания обеспечивают воспламенение смеси в камере сгорания.
8. Впускной и выпускной коллектор — принцип действия их основан на впуске топливной смеси и выпуску отработанных газов.

Основные особенности ДВС ЗМЗ 406

Силовой агрегат 406 модели, Заволжского завода, выпускающего автомобильные моторы, смело можно назвать пионером отечественного моторостроения. Именно на двигателе ЗМЗ 406, впервые использовались некоторые передовые технологии лидеров мирового машиностроения. Но обо всём этом по порядку.

Блок цилиндров

Блок цилиндров ДВС отлит из особо прочного чугуна. Из-за этого общая масса изделия увеличилась, зато нет необходимости использовать сменные гильзы (цилиндры). Так же, в пользу чугуна, как материала изделия можно отнести особую жёсткость и прочность конструкции.

Система DOHC

Впервые в отечественном моторостроении, в системе газораспределения двигателя используется система DOHC. Где имеется два вала верхнего расположения. Один вал имеет восемь клапанов и отвечает за впуск горючей смеси. Второй вал с восьмью клапанами отвечает за выпуск отработанных газов.

Головка блока цилиндров

В итоге каждый отдельный цилиндр имеет два клапана на выпуск, и два на впуск. ЗМЗ 406, был первым отечественным силовым агрегатом, на который устанавливалась шестнадцати клапанная ГБЦ. Увеличенное вдвое количество клапанов, по сравнению с предыдущими моторами, повышает возможность продувки камеры сгорания, во время выпуска выхлопных газов. А во время наполнения цилиндров горючей смесью умножается коэффициент наполняемости.

Клапана ГБЦ на данном движке обустроены гидротолкателями. Этот механизм применяется первый раз в отечественном моторостроении. Гидравлические толкатели, производят автоматическую регулировку тепловых зазоров в клапанах, тем самым исключая периодическую, ручную регулировку клапанов.

Привод ГРМ

Привод ГРМ здесь цепной. Ресурс цепи по заявкам производителей 200 тыс., км. Известны случаи службы цепи в период 500 тыс., км. Но бывали случаи, когда цепь ГРМ рвалась менее чем через 100 тыс., км. Поэтому нужно осматривать цепь ГРМ на предмет механического износа и повреждений после пробега в 70 тыс., км. Однако если цепь порвётся больших повреждений не будит, 406 мотор клапана не гнёт. Привод ГРМ двухступенчатый, от звёздочки коленвала приводиться в работу первый вал распределения горючей смеси, а от него приводиться в работу вал отвечающий за выпуск выхлопных газов.

Так же, именно на ЗМЗ 406 впервые в российском моторостроении использовался гидронатяжитель цепи. В его функции входит поддержание оптимального напряжения, для привода ГРМ. Впоследствии данное новшество прописалось на многих силовых агрегатах.

Другие особенности

Особенностью данного мотора является малый ход поршня 86 мм., по сравнению с диаметром цилиндра в 92 миллиметра. Такая конструкция поспособствовала повышению степени сжатия. Степень сжатия ЗМЗ 406 составляет 9.3:1. Такой подход способствует росту КПД силового агрегата.

Так же, новшеством на движке ЗАЗ 406 является применение инжекторный системы питания и применение электронной системы, управляющей впрыском топлива и бесконтактной системой зажигания

Устройство ДВС

Устройство двигателя внутреннего сгорания логично рассматривать с поршня, так как он является основным элементом работы. Он представляет собой своеобразный «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Отвечают эти самые кольца за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (компрессионное), а так же за то, чтобы масло не попадало в пространство над самим поршнем (маслосъемное).

Порядок работы

• При попадании внутрь цилиндра топливной смеси, поршень проходит четыре вышеописанных такта, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
• Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закреплена на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленвала фиксирует шатун. Поршень, при движении, вращает коленвал и последний, в свое время, передает крутящий момент системе трансмиссии, оттуда на систему шестерен и далее к ведущим колесам. В устройстве двигателей автомобилей с задним приводом посредником до колес выступает еще и карданный вал.

Конструкция ДВС

Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива, а так же за выпуск газов.

Механизм ГРМ состоит из верхнеклапанного и нижнеклапанного, может быть двух видов – ременной или цепной.

Шатун чаще всего изготавливается из стали путем штамповки или ковки. Есть виды шатунов, изготовленные из титана. Шатун передает усилия поршня коленвалу.

Коленвал из чугуна или из стали представляет собой набор коренных и шатунных шеек. Внутри этих шеек есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

Головка блока цилиндров (ГБЦ), большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных сплавов алюминия. В ГБЦ находятся камеры сгорания, каналы впуска – выпуска, отверстия свечей. Между блоком цилиндров и ГБЦ находится прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

В систему смазки, которую включает в себя двигатель внутреннего сгорания, входит поддон картера, маслозаборник, маслонасос, масляный фильтр и масляный радиатор. Все это соединено каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за уменьшения трения между деталями мотора, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, увеличивает ресурс ДВС.

Устройство двигателя, в зависимости от его вида, типа, страны изготовителя, может быть чем-либо дополнено или, напротив, могут отсутствовать какие-то элементы ввиду устаревания отдельных моделей, но общее устройство двигателя остается неизменным так же, как и стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные агрегаты

Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.

Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.

Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.

Устройство двигателя внутреннего сгорания: описание основных узлов ДВС

Двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих основных частей и деталей:

1. Блок цилиндров. Внутри блока цилиндров происходит воспламенение топливовоздушной смеси, а отработанные газы от сгорания приводят в движение поршни.
2. Кривошипно-шатунный механизм. Данный механизм преобразовывает возвратно-поступательное перемещение поршня в гильзе в энергию движения на коленчатый вал.
3. Цилиндропоршневая группа. Она состоит из следующих элементов: поршней, пальцев и, соответственно, из гильз цилиндров. Именно в ней происходит сгорание и передача тепловой энергии для преобразования в механическую энергию. Сгорание происходит внутри гильзы, которая с одной стороны закрыта поршнем, а с другой — головкой блока. Для обеспечения герметичности используют поршневые кольца, чтобы смеси и продукты сгорания не смогли просачиваться.
4. Газораспределительный механизм. Этот механизм обеспечивает своевременную подачу горючей смеси, а также отвод отработанных газов. Он позволяет своевременно осуществлять открытие и закрытие клапанов для впуска горючей смеси и выпуска отработанных газов.
5. Система подачи и воспламенения топливовоздушной смеси.
6. Система удаления выхлопных газов.
7. Система смазки. Смазка предназначена для смазывания трущихся элементов двигателя (поршни).
8. Система охлаждения. Система состоит из жидкого (антифриз, тосол) и воздушного (вентилятор) охлаждения. Оно предназначено для поддержания рабочей и допустимой температуры двигателя.

ДВС характеризуется такими конструктивными параметрами как:

• объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, который может находиться в верхней мертвой точке;
• рабочий объем цилиндра — пространство от верхней мертвой точки до нижней;
• полный объем цилиндра — сумма рабочего объема камеры сгорания и рабочего объема;
• рабочий объем двигателя или литраж — сумма рабочих объемов всех цилиндров;
• степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по следующим характеристикам:

• крутящий момент — сила тяги на колесах. Чем больше крутящий момент, тем лучше разгон и динамика двигателя;
• мощность двигателя — работа двигателя в единицу времени. Измеряется мощность в кВт и в лошадиных силах. Одна лошадиная сила равна примерно 0,74 кВт;
• номинальная мощность — мощность двигателя при полной подаче топлива на определенных оборотах;
• расход топлива — количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт за один час развиваемой мощности;
• экологичный класс.

Схема внешних скоростных характеристик двигателя:

Таблица характеристик сравнения тепловых двигателей:

Характеристики дизелей

Что такое двигатель на дизельном топливе? Это ДВС с воспламенением от внутреннего сжатия. Положительным свойствами такого мотора считаются:

• топливная экономичность;
• экологичность;
• продолжительный срок эксплуатации до замены двигателя;
• высокий КПД.

Среди главных недостатков выделяются:

• необходимость смены летнего топлива на зимнее и наоборот;
• дорогой ремонт;
• шумная работа мотора;
• затрудненный запуск и необходимость прогрева в зимний период.

Несмотря на присутствие у обоих вариантов моторов определенных преимуществ и недостатков, выбор типа силового агрегата практически всегда определяется предстоящими условиями эксплуатации автомобиля.

Показатели двигателей

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:
рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется «стуком поршневых пальцев») или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.