Бензиновые двигатели – одни из самых распространенных среди всех прочих, которые устанавливаются на автомобили. Несмотря на то, что современный силовой агрегат состоит из множества деталей, принцип работы бензинового двигателя очень простой. В рамках статьи мы познакомимся с устройством и принципом действия ДВС.
Устройство
Бензиновые моторы относят к классу двигателей внутреннего сгорания. Внутри камер сгорания предварительно сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется посредством искры. Для управления мощностью мотора используется дроссельная заслонка. Она позволяет регулировать количество воздуха, попадающего в камеру сгорания.
Давайте подробнее познакомимся с устройством всех основных узлов любого ДВС. Каждый силовой агрегат состоит из блока цилиндров, кривошипно-шатунного механизма, деталей цилиндропоршневой группы, механизма газораспределения, системы смазки и охлаждения, системы питания. Также двигатель не сможет работать без электрического оборудования. Все эти системы и узлы взаимодействуют между собой в процессе работы двигателя.
Блок цилиндров ДВС
Блок цилиндров – это основная деталь любого мотора. Это чугунная или алюминиевая литая цельная деталь. В блоке имеются цилиндры и масса различных отверстий с резьбой для монтажа навесного и другого оборудования. Элемент имеет обработанные механически плоскости для монтажа ГБЦ и других деталей.
Конструкция блока сильно зависит от количества цилиндров, расположения камер сгорания, метода охлаждения. В одном блоке может объединяться от 1 до 16 цилиндров. При этом блоки, где количество цилиндров нечетное, встречаются реже. Из тех моделей, что выпускаются сейчас, можно встретить 3-цилиндровые ДВС. Большинство же блоков имеют 2, 4, 8, 12 и иногда даже 16 цилиндров.
Двигатели с количеством цилиндров от 1 до 4 отличаются расположением камер сгорания в ряд. Они так и называются – рядные двигатели. Если цилиндров больше, то они располагаются в блоке в два ряда под определенным углом. Это позволило уменьшить габаритные размеры, но технология изготовления таких блоков сложнее.
Можно выделить еще один вид блоков. В них камеры сгорания расположены в два ряда под углом в 180 градусов. Это так называемые оппозитные моторы. Принцип работы бензинового двигателя такого типа ничем не отличается от традиционных ДВС. Их чаще можно встретить на мототехнике, но существуют и автомобили, оснащенные ими.
Что касается охлаждения, то можно выделить два типа систем. Это жидкостное и воздушное охлаждение. От того, какая выбрана система охлаждения, зависят конструктивные особенности блока цилиндров. Блок с системой воздушного охлаждения устроен гораздо проще, по сравнению с таким же на водяном охлаждении. Камеры сгорания в данном случае к блоку не относятся.
Блок на жидкостном охлаждении устроен гораздо сложнее. В конструкцию уже входят камеры сгорания. Поверх металлического блока цилиндров проложена рубашка охлаждения, внутри которой принудительно циркулирует охлаждающая жидкость, которая служит для отвода тепла от деталей. Блок и рубашка охлаждения в ДВС является одним целым.
Сверху блок цилиндров накрыт головкой. Она образует закрытое пространство, где и осуществляется процесс горения топлива. ГБЦ может иметь простую конструкцию или же более сложную.
Кривошипно-шатунный механизм
Данный узел, который также является неотъемлемой частью двигателя, необходим для преобразования возвратно-поступательных движений поршней во вращательные движения коленчатого вала. Главная деталь здесь – это коленчатый вал. Он подвижно соединен с блоком двигателя. За счет этой подвижности обеспечивается возможность вращения вала вокруг своей оси.
К одному из концов коленчатого вала крепится маховик. Он необходим для того, чтобы передавать крутящий момент от коленчатого вала на трансмиссию. Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя предусматривает два оборота коленчатого вала на одну половину оборота с полезной работой. Остальные такты требуют обратных действий – это и обеспечивает маховик. Так как он имеет достаточно большой вес, то при вращении за счет кинетической энергии он поворачивает коленчатый вал на этапах подготовительных тактов.
На маховике по окружности имеется специальный зубчатый венец. При помощи данного узла можно запускать двигатель стартером. С другой стороны коленчатого вала имеется шестеренка масляного насоса и шестерня ГРМ. Также с обратной стороны имеется фланец, на который крепится шкив.
Узел включает в себя и шатуны. Они позволяют передать усилие от поршней к коленчатому валу и наоборот. Шатуны также подвижно закреплены на коленчатом валу. Прямого контакта между поверхностями блока цилиндров, коленчатым валом и шатунами нет – эти детали работают через подшипники скольжения.
Цилиндропоршневая часть
Данная часть представляет собой цилиндры или гильзы, поршни, поршневые кольца и пальцы. Именно на этих деталях основан принцип работы бензинового двигателя. Здесь выполняется вся работа. В цилиндрах сгорает топливо, а выделенная энергия преобразовывается во вращение коленчатого вала. Горение происходит внутри цилиндров, которые с одной стороны закрыты ГБЦ, а с другой – поршнями. Поршень свободно перемещается внутри цилиндра.
Принцип работы бензинового двигателя основывается не только на сгорании топлива, но и на сжатии топливовоздушной смеси. Чтобы обеспечивать это, нужна герметичность. Она обеспечивается поршневыми кольцами. Последние предотвращают попадание топливной смеси и продуктов горения между поршнем и цилиндром.
ГРМ (газораспределительный механизм)
Основная функция данного механизма в своевременной подаче топливной смеси или горючего в цилиндры. Также ГРМ необходим для отвода выхлопных газов.
ГРМ двухтактного двигателя
Если рассмотреть принцип работы двухтактного бензинового двигателя, то в нем механизм ГРМ как таковой отсутствует. Здесь впрыск топливной смеси и выпуск отработанных газов выполняется посредством технологических окон в цилиндре. Различают три окна – впускное окно, выпускное, перепускное.
Когда поршень двигается, то он тем самым открывает или закрывает то или иное окно. Цилиндр наполняется топливом, также отводятся газы. При таком механизме газораспределения не нужно никаких дополнительных деталей. Поэтому головка блока цилиндров в двухтактных моторах простая. Ее функции заключаются лишь в обеспечении максимальной герметичности.
ГРМ 4-тактного ДВС
4-тактный мотор оснащен полноценным механизмом ГРМ. Топливо в данном случае впрыскивается через отверстия в ГБЦ, связанные с клапанами. При необходимости подачи или отвода выхлопных газов, соответствующие клапана открываются и закрываются. Последние могут открываться и закрываться посредством распределительного вала. На нем имеются специальные кулачки.
Система питания
Главная задача данной системы – приготовить топливную смесь и обеспечивать дальнейшую подачу ее в камеры сгорания. Конструкция очень зависит от принципа работы бензинового двигателя автомобиля.
Бензиновые двигатели могут иметь два вида топливных систем – карбюратор и инжектор. В первом случае для приготовления смеси служит карбюратор. Он смешивает, дозирует и подает смесь топлива и воздуха в камеры сгорания. Инжектор же впрыскивает топливо под давлением в топливную рампу, откуда через форсунки бензин попадает в цилиндры.
В инжекторных автомобилях принцип работы системы питания бензинового двигателя другой, за счет чего дозировка более точная. Кроме того, воздух в инжекторе смешивается с бензином во впускном коллекторе. Форсунка в отличие от карбюратора лучше распыляет топливо.
Топливная система дизельных двигателей отличается. Здесь впрыск осуществляется раздельно для каждого цилиндра. ГРМ подает в камеры сгорания только воздух. Система включает в себя бак, фильтры, топливные насосы, магистрали.
Смазочная система
Принцип работы бензинового двигателя внутреннего сгорания подразумевает трение деталей. Благодаря смазочной системе снижается терние между трущимися поверхности. На деталях создается масляная пленка, которая защищает поверхности от прямого контакта. Система состоит из насоса, картера для хранения масла, фильтра, а также смазочных каналов в блоке двигателя.
Турбонаддув
Современные автомобили оснащаются небольшими малообъемными двигателями, но многие из них имеют достаточную мощность. Ее получают за счет применения турбин. Принцип работы турбины на бензиновом двигателе основан на использовании отработанных газов. Газы вращают крыльчатку турбины, а та под давлением нагнетает воздух в камеры сгорания. Чем больше воздуха, тем больше топлива будет подано, отсюда и мощность.
Охлаждающая система
В процессе работы мотора он существенно нагревается. В цилиндрах температура может достигать 800 градусов. Чтобы поддерживать оптимальную рабочую температуру, необходима система охлаждения. Главная задача – отвести лишнее тепло от цилиндров, поршней и других деталей.
Воздушная система состоит из специальных поверхностей на блоке, которые охлаждаются за счет обдува их воздухом. Жидкостная система предусматривает рубашку охлаждения, в которой циркулирует антифриз. Он находится в прямом контакте с внешней поверхностью цилиндров. Система состоит из помпы, термостата, патрубков для соединения магистралей, расширительного бачка и термостата.
Электрическое оборудование
За счет данного оборудования осуществляется подача электричества в бортовую сеть автомобиля. Электричество необходимо для работы системы зажигания, стартера и других устройств. Электрооборудование – это аккумулятор, генератор, стартер, датчики. Хоть принципы работы бензинового и дизельного двигателя различаются, электрооборудование имеется и на дизельном ДВС.
Система зажигания
Данная система есть только на бензиновых ДВС. На дизельном силовом агрегате топливная смесь воспламеняется за счет сжатия. В бензиновом двигателе топливо и воздух поджигается искрой, которая проскакивает в нужный момент между электродами свечи. Система включает в себя катушку зажигания, распределитель, высоковольтные провода, свечи, электронные устройства.
Заключение
Вот и все про устройство и принцип работы бензинового двигателя. Как видите, все очень просто, нужно лишь немного понимать законы физики.
