Как устроен ваш автомобиль. Глава 1: Двигатель
|
|
Я никогда не считал себя знатоком автомобилей. У меня просто не было желания ковыряться под капотом, хотя регулярно в детстве зависал у отца в гараже, когда он перебирал свою "копейку". Скорей всего, Вы, также как и я, сможете заменить воздушный фильтр, сменить летние колеса на зимние или залить масло или омывайку, но все остальные проблемы с машиной сегодня решает механик, и когда он подходит к Вам, чтобы объяснить, что случилось, Вы вежливо киваете и делаете вид, будто бы понимаете, о чём он говорит. Хотя, на самом деле, и Вы и он знаете, что Вы не в зуб ногой.
Но если Вы считаете себя мужчиной, то Вы обязаны знать основные агрегаты и принципы работы Вашего автомобиля. Быть может, среди Вас есть автослесари и они укажут на допущенные мной далее ошибки, но в этой статье я постараюсь донести до автолюбителей, которые видели в автомобиле только две педали, основные принципы работы этой волшебной чудоколесницы. Как минимум, эти знания позволят мне и Вам понять, о чём говорит механик, когда в следующий раз будете забирать у него свой автомобиль. Плюс, мне кажется, что любой должен иметь основные представления о той технике, которую он использует каждый день. Когда я начал заниматься этим сайтом, я потратил время чтобы понять, хотя бы в основных чертах, что такое HTML, CSS, SMM и SEO, поэтому если Вы участник движения, Вы должны знать основные принципы.
Я полагаю, что на Земле полно мужчин, которые, так же как и я, далеко не автослесари, но хотят узнать об устройстве автомобиля немного больше. Так что, мужики, предлагаю начать. Я постараюсь объяснять всё достаточно просто, буду брать самые основы, потому что современный автомобиль, слишком сложный механизм, чтобы Вы могли начать в нём разбираться как профи, прочитав статьи подобные моей.
Так что без дальнейших церемоний мы начнём наш первый урок и объясним, как работает сердце автомобиля - двигатель внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатели этого типа называются так потому, что топливо и воздух воспламеняются внутри двигателя, вырабатывая при этом энергию, толкающую поршни, что, в свою очередь, заставляет автомобиль двигаться (подробнее мы расскажем вам об этом ниже).
Противоположностью являются двигатели внешнего сгорания, где топливо сжигается вне двигателя и в двигатель поступает уже только энергия, полученная в результате этого горения. Лучшим примером этого являются паровые двигатели. Уголь сжигается снаружи двигателя, огонь нагревает воду для получения пара, а пар затем приводит в движение механизмы двигателя.
Большинство людей думают, что в мире механических двигателей сначала появились паровые двигатели внешнего сгорания, которые потом были доработаны, накрыты крышкой если так хотите, что и привело к созданию различных двигателей внутреннего сгорания. В действительности двигатель внутреннего сгорания был первым. (Да, древние греки экспериментировали с паровыми двигателями, но ничего практически полезного у них не получилось).
В XVI веке изобретатели создали прототип двигателя внутреннего сгорания, используя порох в качестве топлива для обеспечения движения поршней. Но поршни перемещал не сам порох. Пустое пространство в цилиндре с поршнем забивалось порохом, который затем поджигался. После, по сути, взрыва образовывался вакуум, который засасывал поршень вниз цилиндра. Поскольку для перемещения поршня этот двигатель использовал изменение давления воздуха, он был назван атмосферным. Это был не очень эффективный двигатель. В XVII веке паровые двигатели казались намного перспективнее, и работы над двигателем внутреннего сгорания были заброшены.
Про него забыли до 1860 года, когда был изобретён первый надёжный рабочий двигатель внутреннего сгорания. Бельгиец по имени Жан Жозеф Этьен Ленуар запатентовал двигатель, в котором в цилиндр подавался природный газ, который впоследствии воспламенялся от постоянного пламени, горящего вблизи цилиндра. Он работал по тому же принципу, что и пороховой атмосферный двигатель и так же был не слишком эффективен.
Основываясь на этой работе, в 1864 году два немецких инженера - Николаус Август Отто и Евгений Ланген - основали компанию, которая делала двигатели, аналогичные модели Ленуара. Отто отошёл от управления компанией и начал работать над конструкцией двигателя. В итоге его конструкция стала тем, что мы теперь называем четырёхтактным двигателем, который мы до сих пор используем.
Из чего состоит автомобильный двигатель
Здесь я немного расскажу о том, как работает четырехтактный двигатель, но прежде, чем я это сделаю, было бы полезно пройтись по его различным частям, чтобы получить представление о их роли в четырёхтактном процессе. Для всех деталей существуют специальные названия, все они есть на рисунке, так что не волнуйтесь, если поначалу вы немного запутаетесь. Прочитайте всё это, чтобы получить общее представление, а затем прочитайте ещё раз, чтобы у вас появилось базовое понимание каждой части, о которой мы будем говорить.
Блок двигателя (блок цилиндров)
Блок цилиндров является основой двигателя. Большинство блоков всех двигателей отлиты из алюминиевого сплава, но некоторые производители до сих пор используют железо. Блок двигателя также называют блоком цилиндров, из-за труб с большими отверстиями, называемых цилиндрами, которые входят в его конструкцию. Внутри цилиндров вверх и вниз скользят поршни. Чем больше двигатель имеет цилиндров, тем больше его мощность, хотя это не прямая зависимость. В дополнение к цилиндрам, в блоке проходят и другие каналы и трубки, которые позволяют бензину и охлаждающей жидкости поступать в различные части двигателя.
Почему двигатель называется «R4», «V6» или «V8»?
Хороший вопрос! Это связано с формой и количеством цилиндров, которые имеет двигатель. В четырёхцилиндровых двигателях цилиндры обычно установлены на одной прямой выше коленчатого вала. Такую конструкцию называют «рядный двигатель». Чаще всего можно встретить «рядную четверку (R4)» , это, как Вы уже догадались, двигатель с четырьмя цилиндрами в ряд.
Также есть двигатель с четырьмя цилиндрами, который называют «оппозитный». В нём цилиндры размещаются горизонтально и находятся в одной плоскости, но в двух противоположных направлениях с коленчатым валом посередине.
Когда двигатель имеет больше, чем четыре цилиндра, они, чаще всего, располагаются в два ряда – по три цилиндра (или более) с каждой стороны. Разделение цилиндров на два ряда делает двигатель с виду похожим на букву «V». V-образный двигатель с шестью цилиндрами называется V6, V-образный двигатель с восемью цилиндрами - V8 (по четыре цилиндра в каждом ряду).
Камера сгорания
Камера сгорания в двигателе - это место, где происходит сложный процесс. В этом месте топливо, воздух, давление и электричество собираются вместе, чтобы создать небольшой взрыв, который двигает поршни автомобиля вверх и вниз, создавая тем самым ту силу, которая перемещает транспортное средство. Камера сгорания состоит из цилиндра, поршня и головки блока цилиндров. Цилиндр действует как стенки камеры сгорания, верхняя часть поршня действует как её основание, а головка цилиндра служит для неё потолком.
Головка блока цилиндров
Головка блока цилиндров – это кусок металла, расположенный над цилиндрами двигателя. Чтобы создать полость в верхней части камеры сжигания, в головке блока цилиндров сделаны небольшие, округлые углубления. Прокладка головки герметизирует стык между головкой блока цилиндров и блоком цилиндров. Также на головке блока цилиндров установлены впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания, форсунки и топливные каналы (эти части объясню позже).
Поршень
Поршни двигаются вверх и вниз внутри цилиндра. Когда топливо воспламеняется в камере сгорания, поршень толкается вниз, что, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал (см. ниже). Движение поршня на коленчатый вал передаётся через шатунный механизм. Поршень соединяется с шатунным механизмом с помощью поршневого пальца, а шатун соединяется с коленчатым валом через подшипник шатуна.
В верхней части поршня вы можете заметить три или четыре канавки, вырезанные в металле по его окружности. Внутри канавок помещаются поршневые кольца. Поршневые кольца – это то, что фактически касается стенок цилиндра. Они сделаны из железа и бывают двух сортов: компрессионные и маслосъёмные. Компрессионные кольца расположены выше, наружной стороной они касаются стенок цилиндра и обеспечивают уплотнение камеры сгорания. Маслосъёмные кольца расположены ниже и предотвращают попадание масла из картера в камеру сгорания. Кроме того, они снимают излишки масла со стенок цилиндров и оно стекает обратно в картер.
Коленчатый вал
Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное, что и позволяет автомобилю двигаться. Коленчатый вал, как правило, располагается в нижней части блока цилиндров вдоль его длинной части. Он простирается от одного конца блока двигателя к другому. В передней части двигателя коленчатый вал, с помощью системы передачи, соединён с распределительным валом, который передаёт вращательное усилие другим частям автомобиля; в задней части двигателя распределительный вал соединяется с трансмиссией, которая передает вращательный момент, через систему привода, на колёса. На каждом конце коленчатого вала вы найдёте сальники или «уплотнительные кольца», которые не дают маслу вытечь из двигателя.
Коленчатый вал находится в металлической ёмкости, которая называется картер двигателя. Картер находится под блоком цилиндров. Он защищает коленчатый вал и шатуны от внешних воздействий. Область в нижней части картера называется масляный поддон, в нём находится масло вашего двигателя. Внутри масляного поддона вы найдёте масляный насос, который прокачивает масло через фильтр и затем оно разбрызгивается на коленчатый вал, подшипники шатуна и стенки цилиндров, что обеспечивает смазку при движении поршня. В итоге масло стекает обратно вниз, попадает в маслосборник, и процесс повторяется.
Также на коленчатом вале вы найдёте балансировочные кулачки, которые действуют как противовесы, чтобы сбалансировать коленчатый вал и предотвратить повреждение двигателя от биения, которые происходит при вращении коленчатого вала.
Кроме того, на коленчатом вале расположены коренные подшипники. Коренные подшипники обеспечивают гладкое скольжение при вращении коленчатого вала в корпусе двигателя.
Распределительный вал
Распределительный вал является своеобразным «диспетчером» двигателя. Он соединён с коленчатым валом с помощью зубчатого ремня или цепи, и именно он обеспечивает порядок открытия и закрытия в нужное время впускных и вентиляционных клапанов для достижения оптимальной производительности двигателя. Распределительный вал имеет выступы яйцевидной формы, с помощью которых открывает и закрывает клапаны в нужное время.
Чаще всего распределительные валы распложены в верхней части блока двигателя, непосредственно над коленчатым валом. Если двигатель имеет рядную конструкцию и одну пару клапанов на цилиндр, достаточно одного распредвала. На двигателях V-образной формы используются два отдельных распределительных вала, по одному на каждый полублок. Некоторые V-образные двигатели, в тех случаях, когда двигатель имеет 4 клапана на цилиндр (2 впускных и 2 выпускных), могут иметь даже по два распределительных вала для каждой группы цилиндров.
Система синхронизации привода
Как упоминалось выше, распределительный вал приводится в действие от коленчатого вала двигателя. Валы связаны друг с другом с помощью цепной или ременной передачи. Система синхронизации обеспечивает неизменность положения валов относительно друг друга в течение всего времени работы двигателя. Если распредвал и коленвал по какой-либо причине рассинхронизированы (например, в цепной передаче это может быть из-за сломанного зубца), двигатель не будет работать.
Система управления работой клапанов
Это механическая система, которая крепится к головке блока цилиндров и управляет работой клапанов. Система состоит из клапанов, коромысла, толкателей и возвратных механизмов.
Клапаны
Есть два типа клапанов: впускные и вентиляционные. Через впускные клапаны смесь из воздуха и паров бензина подаётся в камеру сгорания. Через вентиляционные клапаны из камеры сгорания выпускаются выхлопные газы, которые образуются после сгорания.
Автомобили, как правило, имеют по одному впускному и выпускному клапану на цилиндр. Большинство высокопроизводительных автомобилей имеют по четыре клапана на цилиндр (два впускных, два выпускных). Хотя «Honda» не считается брендом «высокой производительности», на их транспортных средствах также используют по четыре клапана на цилиндр. Есть даже двигатели с тремя клапанами на цилиндр - два впускных и один выпускной. Многоклапанные системы позволяют автомобилю «лучше дышать», что, в свою очередь, повышает производительность двигателя.
Коромысла
Коромысла – это маленькие рычаги, на которые давят кулачки распределительного вала. Когда кулачок поднимает один конец коромысла, его другой конец давит на шток клапана, открывая клапан, чтобы впустить воздух в камеру сгорания или позволить выхлопу выйти из неё. Движение коромысла напоминает движение качелей.
Толкатели и подъёмники
Иногда кулачки распределительного вала касаются коромысла, тем самым открывая и закрывая клапан. На двигателях с верхним расположением клапанов кулачки распределительных валов вступают в контакт с коромыслами не непосредственно, а через толкатели или подъемники.
Топливные форсунки (инжекторы)
Для того, чтобы обеспечить сгорание, необходимое для перемещения поршней, нам нужно подать в цилиндры топливо. Раньше автомобили использовали для подачи топлива в камеру сгорания карбюраторы. Сегодня все автомобили используют одну из трёх систем впрыска топлива (иначе – инжекторные системы): непосредственный впрыск топлива, распределённый впрыск топлива, или через корпус дроссельных заслонок (система центрального впрыска, моновпрыск).
При непосредственном впрыске топлива каждый цилиндр имеет свой собственный инжектор, который распыляет топливо непосредственно в камере сгорания в нужное время.
В системе с распределённым впрыском распыление топлива происходит не непосредственно в цилиндре, а во впускном коллекторе, расположенном сразу за клапаном. Когда клапан открывается, воздух и топливо попадают в камеру сгорания. При этом каждый цилиндр имеет свой собственный инжектор и коллектор.
Работа дроссельных систем впрыска топлива похожа на работу карбюратора. Вместо того, чтобы снабжать каждый цилиндр своим собственным инжектором, в них есть только один топливный инжектор, установленный во впускном коллекторе. Топливо смешивается с воздухом в коллекторе, а затем подаётся в цилиндры через впускные клапаны.
Свеча зажигания
Сверху каждого цилиндра расположена свеча зажигания. Когда между её контактами проскакивает искра, воздушно-топливная смесь воспламеняется, в результате чего происходит мини-взрыв, который толкает поршень вниз.
Четырёхтактный двигатель
Теперь, когда мы знаем все основные части двигателя, давайте рассмотрим, как непосредственно происходит цикл работы четырёхтактного автомобильного двигателя.
На приведенном выше рисунке показан цикл работы четырёхтактного двигателя в одном цилиндре. В других цилиндрах всё происходит также. Повторяйте этот цикл тысячу раз в минуту, и вы получите автомобиль, который движется.
1-й такт – впуск: поршень идёт вниз, открывается впускной топливный клапан и топливная смесь поступает в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, впускной клапан закрывается.
2-й такт – сжатие: клапан закрыт, поршень идёт вверх, топливная смесь сжимается.
3-й такт – рабочий ход (расширение): когда поршень находится в верхней части, происходит поджиг топливной смеси, при её сгорании образуются газы, которые, быстро расширяясь, толкают поршень обратно вниз.
4-й такт – выхлоп: коленвал по инерции снова толкает поршень вверх. Одновременно открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят в выхлопную трубу. При достижении поршнем верхней точки выпускной клапан закрывается.
Теперь у вас есть представление о том, как работает двигатель автомобиля. Попробуйте взглянуть под капот вашего автомобиля и, возможно, вы сможете узнать те его детали, которые мы сегодня обсуждали.
Материал подготовили Дмитрий Оськин и Админчег Muz4in.Net
Copyright Muz4in.Net © - Данная новость принадлежит Muz4in.Net, и являются интеллектуальной собственностью блога, охраняется законом об авторском праве и не может быть использована где-либо без активной ссылки на источник. Подробнее читать - "об Авторстве"
Вам понравилась статья? Просто перейди по рекламе после статьи. Там ты найдешь то, что ты искал, а нам бонус...
|
|
Почитать ещё: