Открыть сервисСервис

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловая машина, в которой химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу за счёт сгорания рабочей смеси непосредственно в рабочей полости цилиндра. Является наиболее распространённым типом силовой установки в автомобильном, авиационном и сельскохозяйственном транспорте. Принцип действия основан на четырёхтактном цикле, описанном Николаусом Отто в 1876 году, либо на двухтактном цикле.

Основные компоненты

Ключевые элементы двигателя:

  • Блок цилиндров — основная несущая деталь, в которой расположены цилиндры, рубашка системы охлаждения и каналы смазки. Изготавливается из чугуна или алюминиевого сплава.
  • Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) — преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Включает поршни, поршневые кольца, шатуны, коленчатый вал и маховик.
  • Газораспределительный механизм (ГРМ) — управляет впускными и выпускными клапанами, обеспечивая своевременную подачу рабочей смеси и отвод отработавших газов. Приводится в движение от коленчатого вала ремнём или цепью.
  • Система питания — готовит и подаёт топливовоздушную смесь в цилиндры (карбюратор, инжектор, топливные форсунки).
  • Система зажигания — обеспечивает искрообразование в свечах зажигания (только для бензиновых двигателей).
  • Система смазки — подаёт моторное масло к трущимся парам, уменьшая трение и отводя тепло.
  • Система охлаждения — отводит избыточное тепло от блока цилиндров и головки блока, поддерживая рабочую температуру 80–105 °C.

Рабочий цикл

Четырёхтактный цикл Отто состоит из последовательных тактов:

  1. Впуск — поршень движется вниз, впускной клапан открыт, в цилиндр засасывается топливовоздушная смесь.
  2. Сжатие — оба клапана закрыты, поршень движется вверх, сжимая смесь до давления 8–12 единиц.
  3. Работа (расширение) — свеча зажигания подаёт искру, смесь воспламеняется, газы толкают поршень вниз, совершая полезную работу.
  4. Выпуск — поршень движется вверх, выпускной клапан открыт, отработавшие газы вытесняются в выпускной коллектор.

Порядок работы цилиндров в многоцилиндровом двигателе задан конструктивно (например, 1-3-4-2 для четырёхцилиндрового мотора) и обеспечивает равномерность вращения коленчатого вала.

Классификация

По типу топлива различают бензиновые, дизельные, газовые (на сжиженном или сжатом природном газе) и гибридные установки. По типу смесеобразования — карбюраторные и инжекторные. По способу воспламенения — с принудительным искровым зажиганием (бензин) и с воспламенением от сжатия (дизель). По конфигурации цилиндров — рядные, V-образные, оппозитные, W-образные, роторно-поршневые (по Ванкелю).

Материалы и точность изготовления

Блок цилиндров современного легкового автомобиля чаще всего отливают из алюминиевого сплава с чугунными гильзами — это снижает массу двигателя и улучшает теплоотвод. Коленчатые валы изготавливают из кованой стали или высокопрочного чугуна с последующей шлифовкой шеек. Поршни — из алюминиевых сплавов, покрытых антифрикционными составами. Допуски на размеры сопряжений измеряются сотыми долями миллиметра: зазор между поршнем и стенкой цилиндра составляет около 0,02–0,05 мм.

Система смазки

Масляный насос забирает масло из поддона и подаёт его под давлением к коренным и шатунным подшипникам, опорным поверхностям распределительного вала, а также через масляные форсунки — к поршневым пальцам и днищу поршня. Избыток масла стекает обратно в поддон самотёком. Масляный фильтр задерживает продукты износа и нагар. Применяются минеральные, полусинтетические и синтетические масла, различающиеся вязкостью (классы SAE 0W-20, 5W-30, 5W-40 и другие).

Система охлаждения

Замкнутая жидкостная система включает водяной насос, рубашку охлаждения в блоке и головке, радиатор, термостат и вентилятор. Термостат переключает циркуляцию между малым кругом (прогрев двигателя) и большим (работа при рабочей температуре). Воздушное охлаждение применяется преимущественно в авиационных и некоторых мотоциклетных двигателях.

Кривошипно-шатунный механизм

Коленчатый вал имеет коренные шейки (опорные) и шатунные (кривошипные), соединённые щеками. Шатун передаёт усилие от поршня к шатунной шейке. Маховик сглаживает колебания вращения и служит опорой для сцепления. В современных моторах применяются балансирные валы, уменьшающие вибрации.

Газораспределительный механизм

Распределительный вал, приводимый от коленчатого вала, через кулачки нажимает на толкатели, шайбы или рычаги (rocker arms), открывая клапаны. В двигателях с изменяемыми фазами газораспределения (VVT) положение распредвала корректируется гидравлическими приводами, что расширяет диапазон эффективной мощности. Некоторые конструкции (например, BMW Valvetronic) позволяют регулировать высоту подъёма клапана.

Ресурс и обслуживание

Заявленный ресурс современного бензинового двигателя легкового автомобиля составляет 250–350 тыс. км, дизельного — 400–500 тыс. км при условии своевременной замены масла, фильтров и ремня (цепи) ГРМ. Ремонтопригодность зависит от конструкции: модульные двигатели сложнее в ремонте, но легче в замене.

Источники:

  • Хлапонин М. Ю. «Конструкция и расчёт автомобильных двигателей»
  • Вихерт М. М. «Устройство автомобильных двигателей»
  • Кулешов В. В. «Конструкция и расчёт автомобильных двигателей»
  • Справочник «Двигатели внутреннего сгорания» под ред. Стоянова Б. Ф.
Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru