Двигатель является агрегатом, который преобразует тепловую энергию, получаемую при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу, а создаваемый с помощью кривошипно-шатунного механизма крутящий момент использует для передвижения автомобиля.
Двигатель
В двигателях внутреннего сгорания используется давление расширяющихся газов, которые образуются при сгорании топлива в цилиндре. По способу образования горючей смеси – пары топлива и воздух – и по виду используемого топлива двигатели бывают с внешним смесеобразованием и с внутренним смесеобразованием. К двигателям с внешним смесеобразованием относят карбюраторные, работающие на бензине, и газосмесительные, работающие на горючем газе. К двигателям с внутренним смесеобразованием относят дизельные двигатели, работающие на дизельном топливе.
В карбюраторных двигателях воспламенение рабочей смеси происходит с помощью электрического разряда, в дизельных– с помощью высокой степени сжатия. В результате сгорания рабочей смеси образуются газы, которые давят на поршень, придавая ему прямолинейное движение. Прямолинейное движение поршня в дальнейшем с помощью шатуна и коленчатого вала преобразуется во вращательное движение маховика. Для поддержания работы двигателя камера сгорания цилиндра периодически очищается от отработанных газов и наполняется свежим зарядом горючей смеси. Очистку от отработанных газов и наполнение горючей смесью осуществляют выпускные и впускные клапаны.
Перемещаясь в цилиндре, поршень совершает возвратно-поступательное движение. Крайние положения, в которых поршень меняет направление движения, называют верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние, которое проходит поршень между верхней и нижней мертвыми точками, называют ходом поршня. Процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называют тактом, а пространство в цилиндре, освобождаемое поршнем от верхней мертвой точки к нижней, называют рабочим объемом цилиндра.
Наименьшее пространство в цилиндре, образуемое при нахождении поршня в верхней мертвой точке, называют объемом камеры сгорания. Рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания составляют полный объем цилиндра. Сумму всех рабочих объемов цилиндров называют литражом двигателя. Литраж двигателя выражается в кубических сантиметрах. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называют степенью сжатия, от которой зависят экономичность и мощность двигателя. Мощность и экономичность двигателя повышаются с повышением степени сжатия. Сгорание рабочей смеси происходит при основном рабочем такте, для выполнения которого необходимо выполнить подготовительные такты: впуск горючей смеси, сжатие и выпуск отработанных газов (заключительный такт).
При впуске горючей смеси поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, впускной клапан открыт. Вследствие увеличения объема внутри цилиндра создается разряжение и происходит заполнение цилиндра свежим зарядом горючей смеси. При сжатии поршень движется от нижней мертвой точки к верхней. Впускной и выпускной клапаны закрыты, объем под поршнем уменьшается, рабочая смесь сжимается, благодаря чему улучшается испарение и перемешивание паров топлива с воздухом. При рабочем ходе, во время которого происходит сгорание и расширение, рабочая смесь воспламеняется от электрического разряда в бензиновых двигателях, а в дизельных двигателях воспламенение происходит из-за высокой степени сжатия. Расширяющиеся газы давят на поршень, который перемещается от верхней мертвой точки к нижней. Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты. При высоком давлении газов их температура достигает 9000 °C. При выпуске поршень двигается от нижней мертвой точки к верхней, выпускной клапан открыт, отработанные газы из камеры сгорания цилиндров вытесняются. Следующие механизмы и системы двигателя внутреннего сгорания обеспечивают его нормальную работу:
кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов при их расширении и преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала;
газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в камеру сгорания цилиндра двигателя необходимого заряда горючей смеси и выпуска из него отработанных газов;
система зажигания предназначена для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения с целью образования электрического разряда в камере сгорания цилиндра двигателя для воспламенения рабочей смеси (так как воспламенение рабочей смеси в цилиндрах дизельных двигателей происходит за счет высокой степени сжатия, система зажигания в них отсутствует);
система питания служит для приготовления горючей смеси в карбюраторных и газосмесительных двигателях, подачи ее в камеры сгорания цилиндров двигателя и удаления продуктов сгорания (в дизельных двигателях система питания обеспечивает впрыск топлива в мелкораспыленном виде в цилиндры);
система смазки служит для подачи смазки к трущимся поверхностям деталей двигателя, отвода тепла от деталей, уноса механических частиц, образующихся в результате трения, и очистки моторного масла;
система охлаждения предназначена для отвода излишнего тепла от деталей двигателя и поддержания оптимального температурного режима работающего двигателя. Система охлаждения двигателя может быть воздушной или жидкостной.
Периодически повторяющиеся в цилиндре процессы называются тактами. Такты объединяются в рабочий цикл. В четырехтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня.
В дизельном двигателе последовательность чередования тактов в рабочих циклах такая же, как и в карбюраторных. Отличие состоит лишь в степени сжатия и способе воспламенения рабочей смеси.
Для того чтобы коленчатый вал вращался равномерно, двигатели делают многоцилиндровыми, а одинаковые такты в разных цилиндрах чередуются в определенной последовательности.
Кривошипно-шатунный механизм. Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. В него входят блок цилиндров с картером, головки цилиндров, поршни с кольцами, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал, маховик, поддон картера.
Блок цилиндров является основной деталью двигателя. К нему крепятся кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, навесные приборы и агрегаты двигателя. Блок цилиндров отливают вместе с картером из серого чугуна или алюминиевого сплава. В отливке блок-картера имеются полости для смывания охлаждающей жидкостью стенок гильз цилиндров. Гильзы могут быть вставными. Изготавливают их из жаростойкой стали или отливают с чугунным блок-картером. Блоки из алюминиевых сплавов изготовляют только с вставными гильзами. Внутренняя поверхность гильз служит направляющей для перемещения поршня. Она тщательно шлифуется и называется зеркалом. Уплотнение гильз осуществляется с помощью колец из меди или специальной резины. Вверху уплотнение гильз достигается за счет прокладки головки цилиндров. Короткие тонкостенные вставки из кислотоупорного чугуна, запрессованные в верхнюю часть гильз, увеличивают срок их службы в несколько раз. Картер двигателя снизу закрыт поддоном.
На головке цилиндров, которая закрывает цилиндры сверху, размещены детали газораспределительного механизма, камеры сгорания, отверстия под свечи или форсунки, запрессованы направляющие втулки и седла клапанов. Для охлаждения камер сгорания в головке вокруг них имеется специальная полость. Плоскость разъема между головками и блоком цилиндров уплотнена стальными прокладками, а крепление осуществляется шпильками с гайками. Отлиты головки из чугуна или алюминиевого сплава. Сверху они накрыты клапанной крышкой из штампованной стали или алюминиевого сплава. Обычно крышку уплотняют маслобензостойкой резиновой прокладкой.
