Ежегодно на дороги выезжают сотни тысяч новых автомобилей. Малая доля из них работает на электрической тяге: это относительно новая разработка, которая пока не получила широкого распространения. Все же наиболее часто можно встретить машину, оборудованную двигателем внутреннего сгорания, который работает на дизельном топливе или бензине. В этой статье мы расскажем о том, как работает двигатель внутреннего сгорания и что является секретом его надежности и долговечности.
Зажигание и питание
Чтобы ДВС заработал и достиг рабочей температуры, необходимо его запустить. Многие отлично знают, что для этого необходимо совершить всего одно нехитрое действие: повернуть ключ в замке зажигания и лишь наблюдать за тем, как повышается температура охлаждающей жидкости, а показатели постепенно приходят в норму.
Чтобы ДВС успешно запускался, необходимо устройство, которое приводит его механические составляющие в действие. Таковым является стартер, схема работы которого идентична простейшему электрическому двигателю. Стартер приводится в движение от энергии аккумуляторной батареи, которая при повороте ключа в замке зажигания подводит питание к выводам стартера.
Параллельно со стартером в действие приводится распределитель. Его задача — постоянное перенаправление электрической искры от катушки зажигания на одну из четырех свечей, каждая из которых представляет собой пару электродов и устанавливается внутрь цилиндра.
Катушка зажигания перенимает энергию у аккумуляторной батареи и преобразовывает ее по той же схеме, как это делает трансформатор на электрических подстанциях. Таким образом, ток, составляющий стандартные 12 вольт, за доли секунды трансформируется в напряжение, достигающее внушительных 30 киловольт.
Система питания, которая подводит к ДВС смесь, состоящую из топлива и воздуха, состоит из топливного насоса, карбюратора или инжектора, а также воздушного и топливного фильтров. Топливный насос работает за счет вращения коленчатого вала двигателя и предназначается для того, чтобы осуществлять беспрестанную подкачку бензина из бака.
Если речь идет о карбюраторной машине, то топливо попадает в камеры карбюратора через жиклеры, где смешивается с воздухом, поступающим извне, и затем продвигается в цилиндры по топливным шлангам.
В устройствах с непосредственным впрыском топливо поступает напрямую на форсунку, расположенную в цилиндре. Посредством электроники в таких системах автоматически контролируется качество смеси, а потому двигатель работает более эффективно и экономично.
Механическая составляющая
Чтобы понять, как работает двигатель автомобиля, обязательно стоит знать о том, из каких подвижных частей состоит мотор и как они взаимодействуют между собой. В основе двигателя лежат цилиндры, в которых передвигаются поршни. Эта система объединяется в едином металлическом корпусе, называемом головкой блока цилиндров, или попросту ГБЦ.
Каждый из поршней соединяется с металлическим рычагом, который называется шатуном. Задача шатуна, который закрепляется к поршню шарнирно, — превращать поступательное движение во вращательное и, таким образом, приводить в движение все необходимые системы и устройства автомобиля.
С противоположного конца шатун шарнирно подсоединяется к коленчатому валу, который перенимает механическую энергию поршня и передает ее остальным подвижным деталям посредством шестерни или шкива.
Коленчатый вал представляет собой цилиндр сложной формы. Между коленами вала располагаются вкладыши, которые предназначаются для соединения с шатуном. Как только вкладыши истираются, их заменяют на новые, и такая операция является рядовой.
От коленчатого вала посредством ременной передачи между шкивами приводится в движение распределительный вал. Такой вал имеет на себе кулачки и предназначается для того, чтобы открывать и закрывать впускные и выпускные клапаны мотора в нужный момент.
Распределительный вал, в свою очередь, взаимодействует с клапанами, которые являются достаточно сложными деталями. Каждый клапан имеет пружинный механизм, что позволяет ему возвращаться в исходное положение сразу после того, как кулачок перестал на него давить. Для взаимодействия кулачка вала и клапана используется толкатель. Кроме того, усилие от толкателя передается коромыслу: это необходимо для того, чтобы при закрытии выпускного клапана открывался впускной и наоборот.
В современных ДВС устойчивая работа двигателя внутреннего сгорания достигается путем применения гидрокомпенсаторов. Эта деталь, основывающая свою работу на эффекте давления масла, позволяет поддерживать постоянный зазор между кулачком распредвала и толкателем, что позволяет добиться более устойчивой и эффективной работы двигателя.
Смазка
В двигателе внутреннего сгорания детали движутся с крайне высокой скоростью, совершая за одну секунду несколько десятков циклов работы. Это приводит не только к неизбежному повышению рабочей температуры, но и постоянному трению, которое, в свою очередь, приводит к постепенному износу металла и его истиранию.
Для того чтобы сделать трение минимальным, а износ практически незаметным, в двигатель внедряется система смазки. Роль смазки в ДВС выполняет моторное масло, которое обладает особыми свойствами и наделено присадками.
Масло для двигателя подвергается особой обработке. В ходе такой обработки от сырой нефти отсеиваются посторонние примеси, частицы и вещества. За счет этого масло получается чистым и способно выполнять свои функции максимально полно. Некоторые разновидности масел дополнительно подвергаются химической обработке при высокой температуре, в течение которой жидкость дополняется новыми свойствами и характеристиками.
Чтобы смазка происходила постоянно и равномерно снабжала все трущиеся детали маслом, в двигателе прокладывается система каналов. Эти каналы располагаются таким образом, что масло, циркулирующее в ДВС, обильно смазывает именно те участки, которые подвергаются наиболее сильному трению. Это позволяет снизить температуру металла и увеличить ресурс поршней, цилиндров и прочих составляющих.
Масло циркулирует за счет масляного насоса, который является неотъемлемой составляющей устройства автомобиля. Насос приводится в движение от вала двигателя и представляет собой две шестерни, которые вращаются навстречу друг другу и своими лопастями прогоняют масло в заданном направлении. Это позволяет добиться постоянной и равномерной смазки и исправной работы двигателя в любом эксплуатационном режиме.
Охлаждение
Как уже было отмечено, двигатель работает при высоких температурах. Нагрев вызывается не только постоянным трением деталей друг об друга, но и процессами горения, которые происходят в цилиндре и неизбежно передают температуру всем остальным металлическим деталям.
Для того чтобы температура ДВС оставалась постоянной и не достигала критического порога, в моторе проложены каналы. По этим каналам циркулирует охлаждающая жидкость. Эта жидкость состоит из спирта, который подвергается специальной обработке и дополняется присадками и веществами, которые предотвращают коррозию металла и восстанавливают его структуру.
Обработка приводит к тому, что жидкость не застывает в мороз и не кипит при высокой температуре: эти свойства необходимы для того, чтобы при температурных перепадах металл не разрушался и не растрескивался.
Циркулируя по каналам, жидкость, которая зачастую является тосолом или антифризом, забирает излишнее тепло у двигателя и переносит его вместе с собой к радиатору, где энергия успешно рассеивается в окружающую среду.
Чтобы движение охлаждающей жидкости было постоянным, функционирует водяная помпа, которая при помощи ременной передачи связана с коленчатым валом двигателя и вращается с ним синхронно. Помпа представляет собой крыльчатку, которая располагается в корпусе и подвижно закрепляется на вращающейся оси. Как только двигатель приводится в движение, крыльчатка начинает переносить жидкость от двигателя к радиатору и наоборот, тем самым обеспечивая постоянный теплообмен.
Также система охлаждения оборудуется термостатом — приспособлением, которое призвано ускорить прогрев двигателя. Термостат перекрывает ток тосола, пока двигатель недостаточно прогрелся, и лишь затем открывается и пропускает жидкость в каналы.
Резюме
Двигатель современного автомобиля представляет собой сложное устройство, которое включает в себя большое число составных элементов и деталей. Тем не менее принцип работы двигателя внутреннего сгорания остается достаточно простым, что дает возможность даже далекому от автомобилей человеку понять, как он работает и за счет чего приводится в движение.
