Современный человек не представляет своей жизни без техники. Действительно, ручной труд уже давно заменен на машинный, а эра полной автоматизации не заставит долго себя ждать. Одной из главных и основных составляющих любой подвижной техники является двигатель, который работает как от электричества, так и различных видов топлива. Сегодня мы расскажем о том, из каких деталей состоит бензиновый двигатель внутреннего сгорания, о его принципе действия и особенностях.
Механическая составляющая
Изобретение первого двигателя внутреннего сгорания малых оборотов ознаменовано именем Августа Отто. То, что ему удалось спроектировать, так же, как и сейчас, работало за счет расширения газов при достижении высокой температуры, но не обладало высокой надежностью. Двигатель имел мало деталей и составляющих, а потому принцип его работы оставался достаточно простым.
Современные бензиновые двигатели четырехтактных и двухтактных типов значительно усовершенствованы по сравнению с тем, что было изобретено в прошлом столетии, и имеют сложное описание. Они имеют меньший расход топлива, большую степень сжатия газов и, наконец куда больший ресурс работы и надежность.
Начнем с рассмотрения механики современного ДВС автомобиля и деталей, которые составляют общий механизм и заставляют его работать. В основе двигателя, устанавливаемого на бензиновые машины, лежит такая деталь, как цилиндр. Он представляет из себя металлическую емкость небольшого объема, выполненную из закаленной стали и предназначенную для удержания газов.
Принцип работы этой детали в том, что здесь осуществляется сжатие газов до достаточно высокой степени и их сгорание при высоких температурах. Применение специальных сплавов позволяет достигать улучшенных динамических характеристик, большей долговечности и ресурса.
Цилиндр высокой степени сжатия также имеет в себе несколько деталей, принцип действия которой заключается в горении смеси топлива ее расширении при резком повышении температуры. Так, перемещаясь, поршень при очередном обороте приводит в движение кривошатунный механизм, распределительный и коленчатый вал.
Распределительный вал представляет собой металлическую деталь, выполненную в виде соединенного друг с другом набора кулачков. Принцип действия у валов четырехтактного и двухтактного двигателей одинаков, а различие состоит лишь в количестве самих кулачков и количестве производимых оборотов.
Распределительный клапан приводится в действие самим двигателем при помощи ременной передачи. Таким образом, частота вращения напрямую зависит от выбранного количества оборотов. Задача данной детали в том, чтобы постоянно воздействовать на клапана, осуществлять их своевременное открытие для выпуска выхлопных газов и обеспечение своевременного поступления смеси. Клапаны соединены друг с другом при помощи коромысла, поэтому распределительный вал достаточно быстро сменяет открытие впускных и выпускных форсунок.
Коленчатый вал автомобиля соединяется с карданным и при вращении передает крутящий момент, возникающий при высокой степени сжатия топлива и газов, ведущим колесам, совершающим очередной оборот. Отработавшая смесь тут же отправляется в выхлопную систему Коленвал соединен одновременно со всеми шатунами и осуществляет работу параллельно. Этот принцип действия сохранен как на двухтактных, так и четырехтактных двигателях, и распространен на все современные типы ДВС.
Итак, обобщим механику современного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Когда происходит впрыск топлива через клапан и систему форсунок, смесь загорается и достигает своей максимальной степени сжатия, увеличивая количество оборотов. После этого выхлопные газы через выпускные форсунки попадают в выпускной коллектор и отправляются в атмосферу, а новая порция смеси через ту же систему форсунок опять подается в цилиндр.
При этом открытием клапанов занимается распределительный вал за счет системы повернутых друг относительно друга на определенный угол кулачков, которые впускают свежую смесь и выпускают сгоревшую в выхлопную систему. Передает крутящий момент на колеса коленчатый вал, получающий свою энергию от шатунов, приводимых в движение и совершающих обороты за счет высокой степени сжатия газов.
Приготовление смеси
Высокая температура, при которой достигается высокая степень сжатия, а также высокая частота вращения обоих валов, приводит к тому, что подавать свежую смесь в цилиндры необходимо достаточно оперативно. Кроме того, при должных характеристиках сама смесь должна приготавливаться в точно выверенных пропорциях, которые изменяются динамически при изменении режима работы четырехтактного или двухтактного ДВС.
Функцией приготовления смеси, или газа низкой температуры, в современных двигателях внутреннего сгорания занимается карбюратор, инжектор или система форсунок с электронным управлением. Карбюратор состоит из системы двух камер. При вращении коленчатого вала посредством ременной передачи приводится в действие бензонасос. Бензонасос осуществляет впрыск топлива через систему форсунок, называемую жиклерами.
Жиклеры, или форсунки, равномерно распределяют топливо в камере при впрыске. При этом по другой системе форсунок подается воздух, прошедший фильтрацию. Количество топлива и кислорода в пропорции изменяется вручную, при помощи специальной выдвижной клавиши, расположенной в салоне.
Карбюратор жестко привязан к приводу педали акселератора, поэтому при полном нажатии на педаль две заслонки открываются полностью, обеспечивая максимальную частоту вращения.
Еще одной системой, которая широко применяется на современных автомобилях, является инжектор. Если судить по отечественному автопрому, то первые подобные модели двигателей были использованы на ВАЗ 2106 последнего поколения и более молодых представителях линейки с усовершенствованной впускной и выхлопной системами.
Инжектор автомобиля устроен куда более сложно, чем карбюратор. Тем не менее, такая система впрыска близка к совершенству, поскольку решает большинство проблем карбюраторных четырехтактных и двухтактных двигателей. Так, при инжекторе больше не нужно вручную регулировать качество смеси топлива и воздуха, здесь все происходит автоматически. В этой же связи больше не возникает риска залить свечи или не завести машину в мороз. Смесь подбирается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую эффективность впуска.
Работу системы впрыска обеспечивает электромотор. Система управления электромотором постоянно получает данные о степени сжатия, температуре, частоте вращения валов и прочих жизненно важных характеристиках. Благодаря этой системе, на впрыск подается тщательно выверенная пропорция, благодаря чему удается достичь отличных характеристик.
Система непосредственного впрыска подает готовую смесь высокой степени сжатия в форсунки без каких-либо промежуточных инстанций. Здесь функционирует система электронных плат, которая постоянно следит за показателями четырехтактного мотора при вращении валов. Эта система применяется на всех современных двигателях, и большинство производителей пытаются перейти именно на такой принцип действия.
Зажигание
Еще один момент, который крайне важен при обсуждении двигателей внутреннего сгорания — это система зажигания. Благодаря ей, в двухтактном и четырехтактном двигателе постоянно происходит розжиг готовой смеси, что приводит к ее воспламенению, расширению и приведению в движение составных деталей, что нашло широкое применение в автомобильной промышленности.
Система зажигания современного автомобиля представляет собой достаточно сложную конструкцию, но тем не менее, понять принцип ее действия может даже новичок.
Так, в основе системы зажигания лежит аккумуляторная батарея. Именно с нее подается начальный импульс, который посредством определенной цепочки устройств усиливается и подается в цилиндр в виде искры.
Поступающий с аккумулятора автомобиля ток подается по проводам на стартер и катушку зажигания. Стартер обеспечивает вращение двигателя и впрыск свежей смеси, а ток, поступающий на катушку, усиливается в несколько раз. Таким образом, ток номиналом в 12 вольт проходит через классический трансформатор, дополнительно стабилизируется и усиливается, что позволяет произвести искру достаточной мощности.
После катушки зажигания по высоковольтным проводам ток поступает на распределитель-прерыватель. Это устройство предназначено для того, чтобы при вращении перераспределять ток зажигания между четырьмя цилиндрами, в зависимости от того, на каких из них на данный момент происходит впрыск смеси.
Усиленный ток распределяется между четырьмя мощными электродами, называемыми свечами зажигания. Таким образом, происходит старт двигателя автомобиля. Затем стартер перестает функционировать, и система переходит на питание от генератора, который обеспечивает заряд АКБ и постоянную искру на свечах.
Подводя итоги
Бензиновый двигатель современных автомоделей представляет собой достаточно сложное устройство, обладающее оптимальными характеристиками и высокой надежностью. Зная принципы его построения, несложно разобраться и в устройстве собственного автомобиля. Это позволит своевременно выявлять возникающие неполадки и производить несложный ремонт своими руками, что сэкономит уйму времени и средств.
