Двигатель автомобиля может выглядеть как большая запутанная мешанина металлических частей, трубок и проводов для непосвященных. В то же время двигатель - это "сердце" почти любого автомобиля - 95% всех машин работают на двигателе внутреннего сгорания.
В этой статье мы обсудим работу двигателя внутреннего сгорания: его общий принцип, изучим конкретные элементы и фазы работы двигателя, узнаем, как именно потенциальная топлива преобразуется во вращательную силу, и постараемся ответить на следующие вопросы: как работает двигатель внутреннего сгорания, какие бывают двигатели и их типы и что означают те или иные параметры и характеристики двигателя? И, как всегда, всё это просто и доступно, как дважды два.
Другие компоненты дают силу для движения, не останавливаясь. Батарея генерирует электрический ток, который заставляет топливо взрываться. Перед достижением двигателя этот ток усиливается катушкой и проходит через распределитель, который делит ток между свечами зажигания двигателя. Существуют также два фильтра: масло, которое очищает смазочную жидкость от двигателя и воздух, который препятствует загрязнению воздуха, которое автомобиль бросает в поршни. Наконец, радиатор использует воду из резервуара для охлаждения двигателя, поддерживая температуру.
Главная цель бензинового двигателя автомобиля заключается в преобразовании бензина в движение, чтобы Ваш автомобиль мог двигаться. В настоящее время самый простой способ создать движение от бензина - это попросту сжечь его внутри двигателя. Таким образом, автомобильный "движок" является двигателем внутреннего сгорания - т.е. сгорание бензина происходит внутри него.
Объем воздуха и топлива, поддерживаемых баллонами. Если автомобиль имеет четыре цилиндра с производительностью 0, 25 литра воздуха и топлива каждый, смещение будет 1 литр. Число оборотов в минуту коленчатого вала. Расчет с использованием смещения, об / мин и эффективности двигателя и топлива.
Рука на колесе Взрыв воздуха и топлива внутри цилиндров - это сила, которая заставляет ездить на машине. Представьте, что ваш мощный остановлен, и вы поворачиваете ключ на контакте. Когда этот рулон, аккумулятор посылает электричество стартеру, электродвигатель, который включается, чтобы заставить поршни цилиндров перемещаться в первый раз. Оттуда двигатель включен.
Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания. Дизельные двигатели являются одной из форм, а газотурбинные - совсем другой. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Ну, как Вы заметите, раз существует двигатель внутреннего сгорания, то должен существовать и двигатель внешнего сгорания. Паровой двигатель в старомодных поездах и пароходах как раз таки и является лучшим примером двигателя внешнего сгорания. Топливо (уголь, дерево, масло, любое другое) в паровой машине горит вне двигателя для создания пара, и пар создаёт движение внутри двигателя. Разумеется, двигатель внутреннего сгорания является намного более эффективным (как минимум потребляет гораздо меньше топлива на километр пути автомобиля), чем внешнего сгорания, кроме того, двигатель внутреннего сгорания намного меньше по размерам, чем эквивалентный по мощности двигатель внешнего сгорания. Это объясняет, почему мы не видим ни одного автомобиля, похожего на паровоз.
Принцип работы системы охлаждения двигателя
Для того, чтобы двигатель продолжал двигаться, поршни нуждаются в топливе, которое впрыскивается в цилиндры соплами. Другим оборудованием, центральным электронным впрыском, является «мозг», который контролирует количество воздуха и топлива, брошенного в двигатель.
Процесс горения должен иметь воздух. Он входит в автомобиль через воздушный фильтр, который закрывает примеси, и идет к цилиндру, что позволяет взрывать. При меньшем количестве воздуха потребление автомобиля увеличивается. Взрыв вырабатывает горячий газ, который расширяется, толкает поршень вниз. Этот «толчок» заставляет поршень перемещать коленчатый вал, ось, которая получает энергию от всех поршней и превращает ее в поворот. В конце клапан выпускного клапана цилиндра открывается, а газы сгорания выпускаются в выхлопные трубы.
А теперь давайте посмотрим более подробно, как же работает двигатель внутреннего сгорания.
Давайте рассмотрим принцип, лежащий в любом возвратно-поступательном движении двигателя внутреннего сгорания: если Вы поместите небольшое количество высокоэнергичного топлива (например, бензина) в небольшое закрытое пространство и зажжёте его (это топливо), то выделится невероятное количество энергии в виде расширяющегося газа. Вы можете использовать эту энергию, к примеру, для приведения в движение картофелины. В этом случае энергия преобразуется в движение этой картофелины. Например, если Вы в трубу, у которой один конец плотно закрыт, а другой - открыт, нальёте немного бензина, а затем засунете картофелину и подожжёте бензин, то его взрыв спровоцирует приведение в движение этой картофелины за счёт выдавливания её взрывающимся бензином, таким образом, картофелина подлетит высоко в небо, если Вы направите трубу вверх. Это мы кратко описали принцип действия старинной пушки. Но Вы также можете использовать такую энергию бензина в более интересных целях. Например, если Вы можете создать цикл взрывов бензина в сотни раз в минуту, и если Вы сможете использовать эту энергию в полезных целях, то знайте, что у Вас уже есть ядро для двигателя автомобиля!
Движение коленчатого вала влияет на другие части. Во-первых, через зубчатый ремень вращения передаются на шкив, который управляет клапанами. Если лента ломается, клапаны перестают работать. Входящее топливо и воздух не катятся, а автомобиль пифа. Затем вращение коленчатого вала передается на коробку передач, комплект передач, который передает энергию от поршневого взрыва на колеса, делая поездку на автомобиле. Каждую минуту весь этот процесс повторяется до 6000 раз в автомобильном двигателе.
И это в отличие от электрического тока, эти модели имеют расширенный диапазон и заправляются за несколько минут. Все, кажется, указывает на то, что мобильность будущего будет на 100% электрическим, хотя с двигательной моделью, очень отличной от электромобилей, которые мы можем найти на рынке сегодня. Хотя в последние годы мы видели взлет гибридных автомобилей и первые серьезные шаги по консолидации нулевой мобильности выбросов через подключаемые модели, эксперты указывают, что водород будет технологией, которая будет наложена в долгосрочной перспективе из-за ее бесчисленных преимуществ перед электрический ток.
Почти все автомобили в настоящее время используют то, что называется четырёхтактным циклом сгорания для преобразования бензина в движение. Четырёхтактный цикл также известен как цикл Отто - в честь Николая Отто, который изобрел его в 1867 году. Итак, вот они, эти 4 такта работы двигателя:
- Такт впуска топлива
- Такт сжатия топлива
- Такт сгорания топлива
- Такт выпуска отработавших газов
Вроде бы уже всё понятно из этого, не так ли? Вы можете посмотреть ниже на рисунке, что элемент, который называется поршень, заменяет картошку в описанной нами ранее "картофельной пушке". Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Только не пугайтесь новых терминов - их, на самом деле не так много в принципе работы двигателя!
Не напрасно водород заканчивается с двумя основными проблемами этих автомобилей, такими как низкая автономность и длительное время загрузки. Другим важным преимуществом является то, что он не нуждается в тяжелых батареях, поскольку нет необходимости хранить большое количество электроэнергии для обеспечения его работы.
Кроме того, он испускает только водяной пар. Несмотря на эти преимущества, водородный автомобиль еще не преодолел некоторые препятствия, чтобы стать реальной альтернативой традиционным моделям. Основной недостаток связан с сетью снабжения, поскольку в настоящее время в нашей стране действуют только четыре точки заправки водорода, что явно недостаточно и контрастирует с более чем 1000 АЗС, которые составляют испанскую сеть станций технического обслуживания, Если принять во внимание медленность, с которой эта технология продвигается и что водородный генератор стоит от 000 до 1 млн.
На рисунке буквами обозначены следующие элементы двигателя:
A - Распределительный вал
B - Крышка клапанов
C - Выпускной клапан
D - Выхлопное отверстие
E - Головка цилиндра
F - Полость для охлаждающей жидкости
G - Блок двигателя
H - Маслосборник
I - Поддон двигателя
J - Свеча зажигания
K - Впускной клапан
L - Впускное отверстие
M - Поршень
N - Шатун
O - Подшипник шатуна
P - Коленчатый вал
Евро, то цифра, на которую мы должны добавить еще 000 евро в год на техническое обслуживание, все, кажется, указывает на то, что взрыв такого типа Мобильность не будет продолжаться до нескольких десятилетий. Еще одним из великих препятствий для этих автомобилей является их закупочная цена, намного выше, чем текущая электрическая.
Когда мы говорим о водородном автомобиле, мы ссылаемся на электромобиль на топливных элементах, поскольку есть также транспортные средства с двигателем внутреннего сгорания, работающим на водороде, технология явно не используется. В последнем случае автомобиль впрыскивает это топливо внутри камеры цилиндра вместо бензина для взрыва с помощью искры и генерирует линейное движение поршня, которое позже станет поворотным благодаря действию коленчатого вала.
Вот что происходит, когда двигатель проходит свой полный четырёхтактный цикл:
- Начальное положение поршня - в самом верху, в этот момент открывается впускной клапан, и поршень движется вниз, таким образом, засасывая в цилиндр приготовленную смесь бензина и воздуха. Это такт впуска. Всего лишь крошечная капля бензина должна смешаться с воздухом, чтобы всё это работало.
- Когда поршень достигает своей нижней точки, то впускной клапан закрывается, а поршень начинает перемещаться обратно вверх (бензин оказывается в "западне"), сжимая эту смесь из топлива и воздуха. Сжатие впоследствии сделает взрыв мощнее.
- Когда поршень достигает верхней точки своего хода, свеча зажигания испускает искру, порождённую напряжением более десятка тысяч Вольт, чтобы зажечь бензин. Происходит детонация, и бензин в цилиндре взрывается, с невероятной силой толкая поршень вниз.
- После того, как поршень снова достигает дна своего хода, настаёт очередь открываться выпускному клапану. Затем поршень движется вверх (это происходит уже по инерции) и отработавшая смесь бензина и воздуха выходит через выхлопное отверстие из цилиндра, чтобы отправиться в своё путешествие до выхлопной трубы и далее в верхние слои атмосферы.
Теперь, когда клапан снова в самом верху, двигатель готов к следующему циклу, так что он всасывает следующую порцию смеси воздуха и бензина, чтобы ещё сильнее раскрутить коленчатый вал, который, собственно и передаёт своё кручение далее через трансмиссию к колёсам. Теперь посмотрите ниже, как работает двигатель во всех своих четырёх тактах.
Этот первый подход к мобильности посредством использования водорода смещается другим гораздо более эффективным и чистым, в котором все вращается вокруг топливного элемента. Эта ячейка, также известная как ячейка или ячейка, представляет собой чрезвычайно сложное электрохимическое устройство, хотя его работа очень проста. Этот блок отвечает за непрерывный поток водорода и кислорода и через ряд химических реакций преобразует его в электрическую энергию для питания внешней цепи, которая будет отвечать за перемещение транспортного средства.
Более наглядно работу двигателя внутреннего сгорания Вы можете увидеть на двух анимациях ниже:
Как работает двигатель - анимация
Обратите внимание, что движение, которое создаётся работой двигателя внутреннего сгорания, является вращением, в то время как движение, создаваемое "картофельной пушкой", является линейным (прямым). В двигателе линейное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Вращательное движение нам нужно, потому что мы планируем повернуть наши колёса автомобиля.
Эта электрическая энергия может передаваться непосредственно на двигатель или, в противном случае, ее можно хранить в батарее для последующего использования. Электрические транспортные средства топливных элементов, которые мы начали видеть в автомобильной промышленности, в основном используют четыре компонента для его работы. Схема очень похожа на схему электрического подключаемого автомобиля. Таким образом, мы находим электродвигатель и аккумулятор, хотя нам также необходимо добавить один или несколько водородных резервуаров и трансцендентальный топливный элемент.
Теперь давайте посмотрим на все части, которые работают вместе в дружной команде, чтобы это произошло, начиная с цилиндров!
Ядром двигателя является цилиндр с поршнем, который двигается вверх и вниз внутри цилиндра. Двигатель, описанный выше, имеет один цилиндр. Казалось бы, что ещё нужно для автомобиля?! А вот и нет, автомобилю для комфортной езды на нём нужны по меньшей мере ещё 3 таких цилиндра с поршнями и всеми необходимыми этой парочке атрибутами (клапанами, шатунами и так далее), а вот один цилиндр подойдёт разве что для большинства газонокосилок. Посмотрите - ниже на анимации Вы увидите работу 4-хцилиндрового двигателя:
Электродвигатель получает энергию аккумулятора, обычно батареи, хотя он также подается непосредственно от батареи. Он обычно оснащает электронный супервизор, электронный блок питания и автоматическую коробку передач с одним коэффициентом. Аккумулятор, с другой стороны, действует как запас электроэнергии для моментов, когда автомобиль нуждается в плюсе мощности, а батарея не способна генерировать энергию, необходимую для ее достижения. Это также помогает работе системы быть однородной. В отличие от подключаемых электромобилей, эти батареи не требуют большой емкости.
Типы двигателей
Автомобили чаще всего имеют четыре, шесть, восемь и даже десять, двенадцать и шестнадцать цилиндров (последние три варианта устанавливают, в основном на спортивные автомобили и болиды). В многоцилиндровом двигателе все цилиндры, как правило, расположены одним из трёх способов:
- Рядный
- V-образный
- Оппозитный
Вот они - все три типа расположения цилиндров в двигателе:
Другими основами этой технологии являются водородные цистерны, обычно цилиндрические по форме, где топливо можно хранить при давлении до 700 бар, то есть примерно в 690 раз больше атмосферного давления. Это особенно важно, потому что, если водород вводится в резервуары при более низком давлении, например, при 350 бар, автономия будет уменьшаться наполовину. В настоящее время не все гидрогенераторы способны сжимать его до 700 бар, поэтому при заполнении резервуара очень важно учитывать его. Эти резервуары могут хранить около пяти килограммов водорода и, в общем, изготовлены из армированного углеродным волокном полимера.
Рядное расположение 4-х цилиндров
Оппозитное расположение 4-х цилиндров
V-образное расположение 6 цилиндров
Последним из компонентов этой электрической системы является топливный элемент, который обычно проходит в центре транспортного средства и имеет форму, очень похожую на форму металлического чемодана. Для работы всех этих элементов требуется электрическая система высокого напряжения, которая также питается от энергии, производимой в топливном элементе, поэтому мы можем сказать, что эти транспортные средства являются самодостаточными энергетически.
Плюсы и минусы водородного автомобиля
В общем, транспортные средства на топливных элементах имеют большую автономность и более короткие времена заправки топливом, чем существующие электромобили. Кроме того, внешние температуры не влияют на автономность, в то время как в вилках пробег может резко упасть, если сталкиваются с экстремальными температурами. Другим преимуществом этой технологии является то, что водителю не нужно менять свои привычки, потому что автономия и время заправки этих автомобилей во многом сходны с традиционными моделями внутреннего сгорания, будь то бензин или дизельное топливо.
Различные конфигурации имеют разные преимущества и недостатки с точки зрения вибрации, стоимости производства и характеристик формы. Эти преимущества и недостатки делают их более подходящими для использования некоторых конкретных транспортных средств. Так, 4-хцилиндровые двигатели редко имеет смысл делать V-образными, таким образом, они обычно рядные; а 8-цилиндровые двигатели делают чаще с V-образным расположением цилиндров.
С другой стороны, водородные автомобили имеют более высокую закупочную цену - особенно для топливных элементов и резервуаров, а эффективность ниже. Эти автомобили на топливных элементах, в общем, больше и тяжелее, имеют более высокую стоимость за километр, меньшую загрузку и менее мощные двигатели. Кроме того, срок службы существующих цистерн ограничен 15 годами правил безопасности, а топливные элементы с современной технологией начинают терять мощность более 1000 километров.
Коридор гидрогенерации свяжет Испанию и Францию
Эта инициатива, которая имеет инвестиции в размере 3, 9 млн. Евро и координируется Фондом развития новых водородных технологий в Арагоне, направлена на создание коридора заправочных станций для транспортных средств с водородом, которые будут соединяться Испании, Франции и Андорры с северной Европой. В этот день сеть будет иметь 10 станций снабжения, так как эти шесть должны добавить два, которые уже работают в Уэска и Сарагоса, и те, которые строятся в Родезе и Альби на юге Франции.
Теперь давайте наглядно посмотрим, как работает система впрыска топлива, масло и другие узлы в двигателе:
Давайте рассмотрим некоторые ключевые детали двигателя более подробно:
А теперь внимание! На основе всего прочитанного посмотрим на полный цикл работы двигателя со всеми его элементами:
Полный цикл работы двигателя
Почему двигатель не работает?
Допустим, Вы выходите утром к машине и начинаете её заводить, но она не заводится . Что может быть не так? Теперь, когда Вы знаете, как работает двигатель, можно понять основные вещи, которые могут помешать двигателю завестись. Три фундаментальные вещи могут случиться:
Скопируйте и вставьте код ниже, чтобы разделить или вставить видео. В прошлом году из почти четырех миллионов автомобилей с нулевым километром, лицензированных в стране, более 88% были оснащены двигателем с биотопливом; это число от Национальной ассоциации производителей автотранспортных средств.
Бензин и алкоголь производят различные виды горения, два топлива нуждаются в разных температурах и различном количестве кислорода для хорошей работы. Таким образом, независимо от того, со спиртом или бензином или с любым коэффициентом смешивания, электронное программирование с помощью математических алгоритмов заставляет двигатель обеспечить наилучшую производительность для этого микса. Датчик, о котором мы упоминали, является незаменимым элементом для гибкого автомобиля. Лямбда-датчик считывает газы, выходящие из двигателя сразу после запуска.
- Плохая топливная смесь
- Отсутствие сжатия
- Отсутствие искры
Да, есть ещё тысячи незначительных вещей, которые могут создать проблемы, но указанная "большая тройка" является чаще всего следствием или причиной одной из них. На основе простого представления о работе двигателя мы можем составить краткий список того, как эти проблемы влияют на двигатель.
Плохая топливная смесь может быть следствием одной из причин:
- У Вас попросту закончился в баке бензин, и двигатель пытается завестись от воздуха.
- Воздухозаборник может быть забит, поэтому в двигатель поступает топливо, но ему не хватает воздуха, чтобы сдетонировать.
- Топливная система может поставлять слишком много или слишком мало топлива в смесь, а это означает, что горение не происходит должным образом.
- В топливе могут быть примеси (а для российского качества бензина это особенно актуально), которые мешают топливу полноценно гореть.
Отсутствие сжатия - если заряд воздуха и топлива не могут быть сжаты должным образом, процесс сгорания не будет работать как следует. Отсутствие сжатия может происходить по следующим причинам:
- Поршневые кольца изношены (позволяя воздуху и топливу течь мимо поршня при сжатии)
- Впускные или выпускные клапаны не герметизируются должным образом, снова открывая течь во время сжатия
- Появилось отверстие в цилиндре.
Отсутствие искры может быть по ряду причин:
- Если свечи зажигания или провод, идущий к ним, изношены, искра будет слабой.
- Если провод повредился или попросту отсутствует или если система, которая посылает искру по проводу, не работает должным образом.
- Если искра происходит либо слишком рано или слишком поздно в цикле, топливо не будет зажжено в нужное время, и это может вызвать всевозможные проблемы.
И вот ещё ряд причин, по которым двигатель может не работать, и здесь мы затронем некоторые детали за пределами двигателя:
- Если аккумулятор мёртв, Вы не сможете прокрутить двигатель, чтобы запустить его.
- Если подшипники, которые позволяют коленчатому валу свободно вращаться, изношены, коленчатый вал не сможет провернуться, поэтому двигатель не сможет работать.
- Если клапаны не открываются и не закрываются в нужное время или не работают вообще, воздух не сможет войти, а выхлопы - выйти, поэтому двигатель опять-таки не сможет работать.
- Если кто-то из хулиганских побуждений засунул картошку в выхлопную трубу, выпускные газы не смогут выйти из цилиндра, и двигатель снова не будет работать.
- Если в двигателе недостаточно масла, то поршень не сможет двигаться вверх и вниз свободно в цилиндре, что затруднит или сделает невозможным нормальную работу двигателя.
В правильно работающем двигателе все эти факторы находятся в пределах допуска. Как Вы можете видеть, двигатель имеет ряд систем, которые помогают ему сделать свою работу преобразования топлива в движение безупречной. Мы же рассмотрим различные подсистемы, используемые в двигателях, в следующих разделах.
Большинство подсистем двигателя может быть реализована с использованием различных технологий, и лучшие технологии могут значительно повысить производительность двигателя. Вот почему развитие автомобилестроения продолжается высочайшими темпами, ведь конкуренция среди автоконцернов достаточно велика, чтобы вкладывать большие деньги в каждую дополнительно выжатую лошадиную силу из двигателя при том же объёме. Давайте посмотрим на различные подсистемы, используемые в современных двигателях, начиная с работы клапанов в двигателе.
Как работают клапаны?
Система клапанов состоит из, собственно, клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Система открытия и закрытия их называется распределительным валом . Распределительный вал имеет специальные детали на своей оси, которые движут клапаны вверх и вниз, как показано на рисунке ниже.
Большинство современных двигателей имеют то, что называют накладными кулачками . Это означает, что вал расположен над клапанами, как Вы видите на рисунке. Старые двигатели используют распределительный вал, расположенный в картере возле коленчатого вала. Распределительный вал, крутясь, двигает кулачок выступом вниз таким образом, чтобы он продавливал клапан вниз, создавая зазор для прохода топлива или выпуска отработавших газов. Ремень ГРМ или цепной привод приводится в движение коленчатым валом и передаёт кручение от него к распределительному валу так, что клапаны находятся в синхронизации с поршнями. Распределительный вал всегда крутится в один-два раза медленнее коленчатого вала. Многие высокопроизводительные двигатели имеют четыре клапана на цилиндр (два для приёма топлива внутрь и два для вытяжки отработавшей смеси).
Как работает система зажигания?
Система зажигания производит заряд высокого напряжения и передаёт его к свечам зажигания с помощью проводов зажигания. Заряд сначала проходит к катушке зажигания (эдакому дистрибьютору, который распределяет подачу искры по цилиндрам в определённое время), которую Вы можете легко найти под капотом большинства автомобилей. Катушка зажигания имеет один провод, идущий в центре и четыре, шесть, восемь проводов или больше в зависимости от количества цилиндров, которые выходят из него. Эти провода зажигания отправляют заряд к каждой свече зажигания. Двигатель получает такую искру по времени таким образом, что только один цилиндр получает искру от распределителя в один момент времени. Такой подход обеспечивает максимальную гладкость работы двигателя.
Как работает охлаждение?
Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует через проходы (каналы) вокруг цилиндров, а затем проходит через радиатор, чтобы тот её максимально охладил. Однако, существуют такие модели автомобилей (в первую очередь Volkswagen Beetle (Жук)), а также большинство мотоциклов и газонокосилок, которые имеют двигатель с воздушным охлаждением. Вы вероятно, видел такие двигатели с воздушным охлаждением, сбоку которых расположены эдакие плавники - ребристая поверхность, украшающие снаружи каждый цилиндр, чтобы помочь рассеять тепло.
Воздушное охлаждение делает двигатель легче, но горячее, и как правило, уменьшается срок службы двигателя и общая производительность. Так что теперь Вы знаете, как и почему Ваш двигатель остаётся не перегретым.
Как работает пусковая система?
Повышение производительности Вашего двигателя является большим делом, но важнее то, что именно происходит, когда Вы поворачиваете ключ, чтобы запустить его ! Пусковая система состоит из стартера с электродвигателем. Когда Вы поворачиваете ключ зажигания, стартер крутит двигатель на несколько оборотов, чтобы процесс горения начал свою работу, и остановить его смог только поворот ключа в обратную сторону, когда перестаёт подаваться искра в цилиндры, и двигатель, таким образом, глохнет.
Стартер же имеет мощный электродвигатель, который вращает холодный двигатель внутреннего сгорания. Стартер - это всегда довольно мощный и, следовательно, "кушающий" ресурсы аккумулятора двигатель, ведь должен преодолеть:
- Всё внутреннее трение, вызванное поршневыми кольцами и усугубляющееся холодным непрогретым маслом.
- Давление сжатия любого цилиндра (цилиндров), которое происходит в процессе такта сжатия.
- Сопротивление, оказываемое открытием и закрытием клапанов распределительным валом.
- Все иные процессы, непосредственно связанные с двигателем, в том числе сопротивление водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.
Мы видим, что стартеру необходимо очень много энергии. Автомобиль чаще всего использует 12-вольтовую электрическую систему, и сотни ампер электричества должны поступать в стартер.
Как работает впрыск и смазочная система?
Когда дело доходит ежедневного обслуживания автомобиля, Ваша первая забота, вероятно, состоит в проверке количества бензина в Вашем автомобиле. А как бензин попадает из топливного бака в цилиндры? Топливная система двигателя высасывает бензин из бака с помощью топливного насоса, который находится в баке, и смешивает его с воздухом так, чтобы надлежащая смесь воздуха и топлива могла протекать в цилиндры. Топливо поставляется в одном из трёх распространённых способов: карбюратор, впрыск топлива и система непосредственного впрыска топлива.
Карбюраторы на сегодняшний день сильно устарели, и их не помещают в новые модели автомобилей. В инжекторном двигателе нужное количество топлива впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо прямо в впускной клапан (впрыск топлива) или непосредственно в цилиндр (непосредственный впрыск топлива).
Масло также играет важную роль. Идеально и правильно смазанная система гарантирует, что каждая подвижная часть в двигателе получает масло так, что она может легко перемещаться. Две главные части, нуждающиеся в масле - это поршень (а, точнее, его кольца) и любые подшипники, которые позволяют таким элементам, как коленчатый и другие валы, свободно вращаться. В большинстве автомобилей масло всасывается из масляного поддона масляным насосом, проходит через масляный фильтр для удаления частиц грязи, а затем брызгается под высоким давлением на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает в отстойник, где снова собирается, и цикл повторяется.
Система выпуска отработавших газов
Теперь, когда мы знаем о ряде вещей, которые мы положили (налили) в свой автомобиль, давайте посмотрим на другие вещи, которые выходят из него. Система выпуска включает в себя выхлопную трубу и глушитель. Без глушителя Вы бы услышали звук тысяч маленьких взрывов из своей выхлопной трубы. Глушитель гасит звук. Выхлопная система также включает в себя каталитический нейтрализатор, который использует катализатор и кислород, чтобы сжечь всё неиспользованное топливо и некоторые другие химические веществ в выхлопных газах. Таким образом, Ваш автомобиль соответствует определённым евростандартам по уровню загрязнения воздуха.
Что ещё есть, кроме всего вышеперечисленного в автомобиле? Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора . Генератор подключен к двигателю ремнём и вырабатывает электроэнергию для зарядки аккумулятора. Аккумулятор выдаёт 12-вольтовый заряд электрической энергии, доступной ко всему в машине, нуждающемуся в электроэнергии (системе зажигания, магнитоле, фарам , стеклоочистителям, электрическим стеклоподъемникам, приводу сидений, бортовому компьютеру и ещё множеству устройств) посредством проводки автомобиля.
Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрим на его примере.
Автомобильные двигатели внутреннего сгорания различают :
по способу приготовления горючей смеси - с внешним смесеобразованием (карбюраторные, инжекторные, газовые двигатели) и с внутренним смесеобразованием (дизели);
по роду применяемого топлива - бензиновые (работающие на бензине), газовые (на горючем газе) и дизели (работающие на дизельном топливе);
по способу охлаждения - с жидкостным и воздушным охлаждением;
расположению цилиндров - рядные и V-образные;
по способу воспламенения горючей (рабочей) смеси-с принудительным зажиганием от электрической искры (карбюраторные и инжекторные двигатели) или с самовоспламенением от сжатия (дизели).
Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многообразие топлива.
Устройство двигателя внутреннего сгорания
В наше время до сих пор применяются двигатели с одним поршнем, например, пусковые двигатели для тракторов, которые выполняют роль стартера. Однако больше всего распространены 2-х, 3-х, 4-х, 6-и и 8-цилиндровые двигатели, хотя выпускаются двигатели на 16 цилиндров и более.
Поршни и цилиндры находятся в блоке цилиндров. От того, как расположены цилиндры по отношению к друг другу и к другим элементам двигателя, выделяют несколько видов ДВС:
рядные - цилиндры расположены в один ряд;
V-образные - цилиндры расположены друг против друга под углом, в разрезе напоминают букву «V»;
U-образные - два объединенных между собой рядных двигателя;
X-образные - ДВС со сдвоенными V-образными блоками;
оппозитные - угол между блоками цилиндров составляет 180 градусов;
W-образные 12-цилиндровые - три или четыре ряда цилиндров установленные в форме буквы «W».
Понятия и термины при работе двигателя
Верхняя мертвая точка (ВМТ) - это крайнее верхнее положение поршня.
Нижняя мертвая точка (НМТ) - это крайнее нижнее положение поршня.
Ход поршня - это расстояние, пройденное от одной мертвой точки до другой. За один ход поршня коленчатый вал повернется на пол-оборота.
Камера сгорания (сжатия) - это пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным в ВМТ.
Рабочий объем цилиндра - это пространство, освобождаемое поршнем при перемещение его из ВМТ в НМТ.
Рабочий объем двигателя - это сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя. При малых объемах (до 1 л.) его выражают в кубических сантиметрах, а при больших - в литрах.
Полный объем цилиндра - сумма объема камеры сгорания и рабочего объема.
Степень сжатия - это число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. В бензиновых двигателях степень сжатия бывает от 8 до 12, а в дизелях - от 14 до 18. Степень сжатия не стоит путать с компрессией, т.к. это два разных понятия.
Такт - процесс (часть цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, у которого рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, называют четырехтактным.
Работа двигателя внутреннего сгорания
Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.
Важным элементом двигателя является коленчатый вал, на который передается возвратно-поступательное движение поршня, коленвал преобразует его во вращение.
Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.
Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).
На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.
На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.
Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.
При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.
Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.