Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

«Тойота»

Далее рассмотрим, где находится номер двигателя у «Тойоты»? Силовые агрегаты этой марки имеют весьма информативное клеймо, которое может многое поведать о машине, если знать его расшифровку. Первая цифра определяет порядковый номер «движка» в определенной линейке. Далее наносится буква, указывающая на тип двигателя. Уже несколько десятков лет конструкторы в серии моторов ставят две буквы. Необходимо учитывать, что дата выпуска силовой установки и год начала производства серии – это не идентичные параметры.

Первая литера после тире указывает на конструктивные особенности конкретного узла, включая особенности ГБЦ и возможности форсирования. Рассмотрим буквенные обозначения более подробно:

1. F – мотор стандартной мощности с четырьмя клапанами на цилиндре. Он имеет один распределительный вал, цепной или ременной ГРМ и шестеренчатый привод на втором валу.
2. G – агрегат с повышенными мощностями, оба вала приводятся в движение от цепи или ремня газораспределительного механизма.
3. Т – устройство оснащено турбинным нагнетателем.
4. S – свидетельствует о наличии непосредственного впрыска воздушно топливной смеси.
5. Х – гибридная модель.
6. Р – «движок», сконструированный под газовое топливо.
7. Н – особая система подачи горючего.
8. Е – многоуровневый впрыск.

Двухтактный мотор

Но очистка и заполнение цилиндров топливной смесью происходит за очень короткое время в момент нахождения поршня в самом нижнем положении.

Для осуществления продувки внутренняя полость цилиндра напрямую связана с КШМ. По сути, поршень двигается в одном пространстве с кривошипом. Под ним образуется полость, которую называют кривошипной камерой или картером. Эта камера тоже участвует в процессах газообмена. В ней периодически создаётся разрежение. Это позволяет поступать новой порции смеси через впускное отверстие.

Такая конструкция позволяет двигателю развивать в 1,5 раза большую мощность по сравнению с другими моторами аналогичного объёма при тех же оборотах двигателя. Но есть и ряд недостатков.

• Детали в таком двигателе работают с большей интенсивностью, то есть быстрее изнашиваются.
• Особое значение придаётся герметизации всех механизмов, работающих практически в одном пространстве: поршня, цилиндра и кривошипа.
• Так как в картере нельзя устроить масляную ванну, то смазку поршня и других деталей осуществляют добавлением масла в топливо.
• Перепады давления смеси в цилиндре не так велики, поэтому для повышения производительности двигателя часто используют принудительную продувку.

Рабочий цикл осуществляется в течение одного оборота коленвала.

Видео: Принцип работы двухтактного двигателя

Вам также будет интересно почитать:

Что такое интеркулер в автомобиле, для чего нужен, как его отремонтировать своими руками

Форд Транзит — обзор технических характеристик автомобиля

Потеют стёкла в автомобиле — что нужно делать?

Стоит ли покупать Chevrolet Spark 2019 года? Вот некоторые причины за и против

Корейские автомобили — самые дешёвые марки

Как выбрать подержанный автомобиль

ГБЦ — что это такое в машине

Hyundai Santa Fe 2020 года — покупать или нет? Плюсы и минусы

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.

Как проверить давление масла в двигателе

Проверка может быть нужна независимо от того, оборудован ли автомобиль стрелочным/цифровым индикатором или вывод данных о давлении на приборную панель конструктивно не предусмотрен.

Добавим, что все большее количество современных авто не имеет сегодня даже лампочки давления масла. Получается, нет возможности визуально проверить этот показатель и его изменения на разных режимах работы ДВС без дополнительных приспособлений.

Идем далее. Чтобы понять, какую отметку считаеть нормой для конкретного мотора, необходима таблица давления масла в двигателях того или иного производителя. Данную информацию можно найти в мануале, в специальной технической литературе по ремонту и эксплуатации, на профильных автофорумах и т.д.

Как уже было сказано, лампочка на панели может полностью отсутствовать. При этом даже ее наличие не позволяет точно определить нужный показатель. Не следует забывать о том, что также возможны сбои в работе самого индикатора (перегорание лампы, неисправности электрической проводки или датчика давления смазки).

Такие неисправности могут произойти в любой момент, при этом водитель лишается возможности контролировать давление в штатном режиме. Добавим, что для быстрой проверки лампы можно на незаведенном двигателе включить зажигание. Лампочка масла должна гореть. После запуска ДВС указанная лампа гаснет сразу или через 1-2 секунды. Если при включении зажигания лампа не загорается, тогда высока вероятность выхода элемента из строя.

Вернемся к проверке

Чтобы проверить давление масла, нужно иметь специальный манометр.
Обратите внимание, для точности замеров потребуется заранее прогреть двигатель до рабочей температуры.
Затем силовой агрегат нужно остановить. После этого следует обнаружить датчик давления масла на моторе.
Далее указанный датчик выкручивается, после чего подсоединяется переходник от манометра.
Затем можно запустить агрегат, после чего оценивается давление масла на холостом ходу.
Теперь нужно нажать на педаль газа, поднимая обороты до средних и высоких, параллельно фиксируя показания.

Для многих авто такой способ является оптимальным решением для замеров

Важно, чтобы измерительный прибор был исправным, также при анализе показаний все равно следует учитывать возможную погрешность

Также можно использовать цифровой измеритель (цифровой манометр с датчиком давления масла). Единственное, бюджетные приборы малоизвестных производителей отличаются большой погрешностью при измерениях. Это же утверждение справедливо и в том случае, когда автовладелец принимает решение установить дополнительный цифровой указатель давления масла в свой автомобиль.

Что касается самих показателей, они могут быть разными применительно к различным типам ДВС (дизель, бензин, производитель, объем, мощность, количество цилиндров, конструктивные особенности того или иного мотора). Например, давление масла в двигателе 2109 будет отличаться от аналогичного показателя на 16-клапанных моторах Лада Приора и т.д.

С учетом вышесказанного становится понятно, что нужные данные следует уточнять отдельно для каждого мотора. Если же говорить об усредненном показателе, при котором агрегат будет нормально работать, тогда:

• в режиме холостых оборотов давление масла на прогретом двигателе (температура масла около 80 градусов) должно быть около 2 бар (или 0.2 МПа);
• при повышении оборотов давление смазки должно расти, на высоких оборотах показатель должен составлять от 4.5 до 6.5 бар;

Производители электродвигателей

Российские производители электродвигателей

Аббревиатура:

• АДКР —
• АДФР —
• СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
• СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
• СРД — синхронный реактивный двигатель

• СГД — синхронный гистерезисный двигатель
• УД — универсальный двигатель
• КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
• КДПТ ОВ —
• КДПТ ПМ —

Производители электродвигателей ближнего зарубежья

Производители электродвигателей дальнего зарубежья

ГОСТ 27471-87 Машины электрические вращающиеся. Термины и определения.
И.В.Савельев. Курс общей физики, том I. Механика, колебания и волны, молекулярная физика.-М.:Наука, 1970.
ГОСТ 29322-92 (МЭК 38-83) Стандартные напряжения.
ГОСТ 16264.0-85 Электродвигатели малой мощности
А.И.Вольдек, В.В.Попов. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов.- СПб.: Питер, 2007.
Paul Waide, Conrad U. Brunner. Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems. International Energy Agency Working Paper, Energy Efficiency Series.: Paris, 2011.
Dr. J. Merwerth. The hybrid-synchronous machine of the new BMW i3 & i8 challenges with electric traction drives for vehicles. BMW Group, Workshop University Lund: Lund, 2014.

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора. При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре. Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда происходит замыкание обмоток индуктора с помощью реостата или короткозамкнутым путем, подобно асинхронным машинам. Для того, чтобы осуществлять запуск в таком режиме, ротор оснащается короткозамкнутой обмоткой, которая одновременно является успокоительной обмоткой, способной устранить раскачивание ротора во время синхронизации. После того, как скорость становится близко к номинальной, в индуктор подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель это не только двигатель, но и своеобразный генератор, поскольку у них одинаковое конструктивное исполнение. Схема работы двигателя будет следующей. Обмотка якоря подключается к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения от постороннего источника подается постоянный ток. Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой и поле, созданное обмоткой возбуждения, взаимодействуют между собой. Это вызывает появление электромагнитного момента, приводящего ротор во вращающееся состояние.

Для двигателей, где установлены постоянные магниты, применяются специальные внешние разгонные двигатели. В отличие от асинхронных устройств, разгон ротора в синхронном двигателе должен достигнуть частоты вращения магнитного поля. Это связано с подачей в обмотку ротора тока из постороннего источника, а не индуцируется в нем под действием магнитного поля статора, следовательно, на него не влияет частота вращения вала. В результате, синхронный двигатель переменного тока приобретает постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Специфический принцип работы этих устройств оказал влияние на их пуск и регулировку частоты вращения.

Как устроен автомобиль

Каждому владельцу автомобиля нужно хоть в теории знать, как устроен автомобиль. Эти знания позволят раскрыть понимание строения и принцип его функционирования. Любая машина оснащена:

• двигателем;
• кузовом;
• шасси;
• трансмиссией;
• ходовой частью;
• тормозной системой;
• системой управления;
• электрооборудованием.

Рассмотрим каждую составляющую деталь более подробно.

В зависимости от типа авто бывают различные виды кузовов, но при этом совершенно не меняется его функциональная часть. От того, какая конструкционная особенность на него возложена, кузов может быть:

Детали, из которых он состоит, принимают активное участие при использовании машины. Именно в нем размещены:

• салон;
• ходовая часть;
• трансмиссия;
• мотор;
• системы управления;
• генератор и многое другое.

Также, стоит, отметить, что благодаря кузову замыкаются все электрические цепи в «минусе». Еще одна задача, которая решается кузовом автомобиля – безопасность. В случае ДТП или неблагоприятных погодных условий данный элемент позволят защитить всех участников дорожного движения от ударов.

Двигатель – это фактически «сердце» любого автомобиля, ведь благодаря ему автомашина приводится в движение. Наиболее распространенным являются двигатели типа ДВС (внутреннего сгорания), которые используют цилиндры и поршни. При попадании топлива и его сгорании создается мощный поток тепловой энергии. Энергия выбрасывается за пределы автомобиля, по пути придавая вращения коленчатому валу. Это в свою очередь приводит в движение авто.

Трансмиссия и шасси автомобиля

Шасси авто имеет множество различных механизмов, которые должны передавать крутящийся момент непосредственно на колеса. В систему шасси входит также трансмиссия, ходовая часть и системы управления авто. Для эффективной работоспособности автомобиль оснащается коробкой переключения передач. Она может быть как механической, так и автоматической. Благодаря КПП крутящий момент от двигателя передается на низкой или высокой скорости. Важная составляющая трансмиссии – распределительная коробка, которой оснащаются только автомобили с полным приводом. Стоит упомянуть и о наличии дифференциала, который заставляет колеса автомобиля вращаться с разной скоростью на одной оси.

Ни одна трансмиссия не может обойтись без сцепления. Оно выполняет функцию разъединения двигателя и КПП во время переключения передачи без необходимости остановки автомобиля. Как устроено сцепление автомобиля? Оно включает в себя механическую часть и привод. За счет привода обеспечивается исправность машины, и проводятся в действие другие составляющие механизмы. Он может быть либо механическим, либо гидравлическим. В гидравлический привод входят:

• педаль;
• цилиндры нескольких видов: рабочий и главный;
• вилка для выключения;
• нажимной подшипник;
• трубопровод.

При выжимке сцепления, создается давление, которое благодаря штоку и поршню поступает к главному цилиндру. Затем следует перемещение вилки выключения и нажимного подшипника, чтобы передать усилия непосредственно к механизму.

Механическая часть сцепления оборудована:

• ведущим диском;
• диском с накладками.
• картером;
• нажимным пружинным диском;
• кожухом.

Данной детали отведена важнейшая роль, ведь без участия сцепления было бы невозможно переключать передачи и обеспечивать плавный ход автомобиля.

Данная часть авто включает в себя два моста (спереди и сзади), подвеску, раму и колеса. Рама предназначена для крепления всех элементов авто. Зачастую функции данной детали в легковых автомобилях исполняет его кузов. Мосты, размещенные спереди и сзади, поддерживают раму и кузов. Через них колеса получают вертикальную нагрузку. За счет подвески осуществляется связь кузова с колесами и мостами.

Автомобильные колеса обеспечивают устойчивость на дорожном полотне и позволяют ему двигаться.

Управление машиной осуществляется про помощи руля. Он позволяет задать желаемое направление движения. Но вся система управления имеет еще несколько составляющих:

• рулевая колонка;
• механизм руля;
• рычаги поворотов;
• соединительные тяги.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на:

1. Поршневой ДВС.
2. Роторно-поршневой ДВС.
3. Газотурбинный ДВС.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания — самый популярный среди вышеперечисленных двигателей, он завоевал мировое признание и уже много лет лидирует в автоиндустрии. Предлагаю более детально рассмотреть устройство ДВС, а также принцип его работы.

К преимуществам поршневого двигателя внутреннего сгорания можно отнести:

1. Универсальность (применение на различных транспортных средствах).
2. Высокий уровень автономной работы.
3. Компактные размеры.
4. Приемлемая цена.
5. Способность к быстрому запуску.
6. Небольшой вес.
7. Возможность работы с различными видами топлива.

Кроме “плюсов” имеет двигатель внутреннего сгорания и ряд серьезных недостатков, среди которых:

1. Высокая частота вращения коленвала.
2. Большой уровень шума.
3. Слишком большой уровень токсичности в выхлопных газах.
4. Маленький КПД (коэффициент полезного действия).
5. Небольшой ресурс службы.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по типу топлива, они бывают:

1. Бензиновыми.
2. Дизельными.
3. А также газовыми и спиртовыми.

Последние два можно назвать альтернативными, поскольку на сегодняшний день они не получили широкого применения.

Спиртовой ДВС работающий на водороде — самый перспективный и экологичный, он не выбрасывает в атмосферу вредный для здоровья “СО2”, который содержится в отработанных газах поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Поршневой ДВС состоит из следующих подсистем:

1. Газораспределительный механизм (ГРМ).
2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
3. Система впуска.
4. Топливная система.
5. Система смазки.
6. Система зажигания (в бензиновых моторах).
7. Выпускная система.
8. Система охлаждения.
9. Система управления.

Корпус двигателя состоит из нескольких частей, в которые входят: блок цилиндров, а также головка блока цилиндров (ГБЦ). Задача КШМ — преобразовать возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала. Газораспределительный механизм необходим ДВС для обеспечения своевременного впуска в цилиндры топливно-воздушной смеси и такой же своевременный выпуск отработанных газов.

Впускная система служит для своевременной подачи воздуха в двигатель, который необходим для образования топливно-воздушной смеси. Топливная система осуществляет подачу в двигатель топлива, в тандеме две этих системы работают над образованием топливно-воздушной смеси после чего она подается посредством системы впрыска в камеру сгорания.

Воспламенение топливно-воздушной смеси происходит благодаря системе зажигания (в бензиновых ДВС), в дизельных моторах воспламенение происходит за счет сжатия смеси и свечей накала.

Система смазки как уже понятно из названия служит для смазки трущихся деталей, снижая тем самым их износ, увеличивая срок их службы и отводя тем самым от их поверхностей температуру. Охлаждение нагревающихся поверхностей и деталей обеспечивает система охлаждения, она отводит температуру при помощи охлаждающей жидкости по своим каналам, которая проходя через радиатор — охлаждается и повторяет цикл. Система выпуска обеспечивает вывод отработанных газов из цилиндров ДВС посредством выхлопной системы, которая входит в состав этой системы, снижает шум сопровождаемый выброс газов и их токсичность.

Система управления двигателем (в современных моделях за это отвечает электронный блок управления (ЭБУ) или бортовой компьютер) необходима для электронного управление всеми вышеописанными системами и обеспечения их синхронности.

Циклы двигателя

Устройство двигателя автомобиля всегда рассматривается в купе с его рабочим циклом. Физически цикл – это периодически повторяющиеся процессы в каждом его цилиндре. Достаточно подробно разница между работой четырёхтактного и двухтактного двигателя отражена в нашей статье о двигателе внутреннего сгорания .

Сегодня мы остановимся на работе четырёхтактных моторов. Именно по четырёхтактному циклу работает большинство современных автодвигателей. Хотя сам принцип двигателя был изобретён Николаусом Отто в 19-м веке.

Поршень четырёхтактного двигателя совершает нисходящее и восходящее движение. Эта работа укладывается в один оборот коленчатого вала. При втором обороте коленчатого вала вновь повторяют эти движения.

1. Такт впуска (всасывания).

Поступление в цилиндр двигателя свежего заряда: воздуха- от дизельного мотора бензинового двигателя с прямым вспрыском или топливовоздушной смеси, от газово-топливного двигателя, мотора с распределенным или центральным впрыском топлива, или газо-топливные двигатели). В результате разрежения, созданного поршнем, перепад давления между давлением в цилиндре и давление окружающего воздуха, заряд втягивается непосредственно в цилиндр.

2. Такт сжатия. Шатун толкает поршень

. Поршень сжимает газообразный свежий заряд в цилиндре. Устройство дизельного двигателя настроено на то, чтобы температура сжатых газов должна достигла температуры воспламенения топлива. Если же речь идёт об устройстве газо-топливного, бензинового двигателя температура в конце такта сжатия достигать температуры воспламенения топлива не должна. Воспламенение производится от электроискрового разряда свечи зажигания.

3. Такт рабочего хода.

Температура газов в цилиндре снижается, энергия горящих газов преобразуется в механическую энергию.