1. Принцип роботи
2. Блок циліндрів
3. Кривошипно-шатунний механізм
4. Циліндро-поршнева група
5. Газорозподільчий механізм
6. Система харчування
7. Система змазки
8. Система охолодження
9. Система запалювання
10. Електрообладнання
11. сучасні розробки

Винахід двигуна внутрішнього згоряння дозволило людству в розвитку зробити крок значно вперед. Зараз двигуни, які використовують для виконання корисної роботи енергію, що виділяється при згорянні палива, використовуються в багатьох сферах діяльності людини. Але найбільше поширення ці двигуни отримали в транспорті.

Всі силові установки складаються з механізмів, вузлів і систем, які взаємодіючи між собою, забезпечують перетворення енергії, що виділяється при згорянні легкозаймистих продуктів в обертальний рух колінчастого вала. Саме цей рух і є його корисною працею.

Щоб було зрозуміліше, слід розібратися з принципом роботи силової установки внутрішнього згоряння.

Принцип роботи

При згорянні горючої суміші, що складається з легкозаймистих продуктів і повітря, виділяється більше кількість енергії. Причому в момент займання суміші вона значно збільшується в об'ємі, зростає тиск в епіцентрі займання, по суті, відбувається маленький вибух з вивільненням енергії. Цей процес і взятий за основу.

Якщо згоряння буде проводитися в закритому просторі - виникає при згорянні тиск буде тиснути на стінки цього простору. Якщо одну зі стінок зробити рухомий, то тиск, намагаючись збільшити обсяг замкнутого простору, буде переміщати цю стінку. Якщо до цієї стінці приєднати якийсь шток, то вона вже буде виконувати механічну роботу - відсуваючись, буде штовхати цей шток. Поєднавши шток з кривошипом, при переміщенні він змусить провернутися кривошип щодо своєї осі.

В цьому і полягає принцип роботи силового агрегату з внутрішнім згорянням - є закритий простір (гільза циліндра) з однією рухомою стінкою (поршнем). Стінка штоком (шатуном) пов'язана з кривошипом (колінчастим валом). Потім проводиться зворотна дія - кривошип, роблячи повний оборот навколо осі, штовхає штоком стінку і так повертається назад.

Але це тільки принцип роботи з поясненням на простих складових. На ділі ж процес виглядає дещо складніше, адже треба ж спочатку забезпечити надходження суміші в циліндр, стиснути її для кращого займання, а також вивести продукти горіння. Ці дії отримали назву тактів.

Всього тактів 4:

• впуск (суміш надходить в циліндр);
• стиснення (суміш стискається за рахунок зменшення обсягу всередині гільзи поршнем);
• робочий хід (після займання суміш через свого розширення штовхає поршень вниз);
• випуск (відведення продуктів горіння з гільзи для подачі наступної порції суміші);

Такти поршневого двигуна

З цього випливає, що корисна дія має тільки робочий хід, три інших - підготовчі. Кожен такт супроводжується певним переміщенням поршня. При впуску та робочому ході він рухається вниз, а при стисненні і випуску - вгору. А оскільки поршень пов'язаний з колінчастим валом, то кожен такт відповідає певному куті провороту вала навколо осі.

Реалізація тактів в двигуні робиться двома способами. Перший - з суміщенням тактів. В такому моторі все такти виконуються за один повний проворот клонували. Тобто, півоберта колін. вала, при якому виконується рух поршня вгору або вниз супроводжується двома тактами. Ці двигуни отримали назву 2-тактних.

Другий спосіб - роздільні такти. Один рух поршня супроводжується тільки одним тактом. У підсумку, щоб відбувся повний цикл роботи - потрібно 2 обороту колін. вала навколо осі. Такі двигуни отримали позначення 4-тактних.

Блок циліндрів

Тепер сам пристрій двигуна внутрішнього згоряння. Основою будь-якої установки є блок циліндрів. У ньому і на ньому розташовуються всі складові.

Конструктивні особливості блоку залежать від деяких умов - кількості циліндрів, їх розташування, способу охолодження. Кількість циліндрів, які об'єднані в одному блоці, може варіюватися від 1 до 16. Причому блоки з непарною кількістю циліндрів зустрічаються рідко, з випускаються нині двигунів можна зустріти тільки одно- і трьохциліндровий установки. Більшість же агрегатів йдуть з парним кількістю циліндрів - 2, 4, 6, 8 і рідше 12 і 16.

чотирициліндровий блок

Силові установки з кількістю від 1 до 4 циліндрів зазвичай мають рядне розташування циліндрів. Якщо кількість циліндрів більше, їх розташовують у два ряди, при цьому з певним кутом положення одного ряду щодо іншого, так звані силові установки з V-подібним становищем циліндрів. Таке розташування дозволило зменшити габарити блоку, але при цьому виготовлення їх складніше, ніж рядним розташуванням.

восьмициліндровий блок

Існує ще один тип блоків, в яких циліндри розташовуються в два ряди і з кутом між ними в 180 градусів. Ці двигуни отримали назву оппозітних . Зустрічаються вони в основному на мотоциклах, хоча є і авто з таким типом силового агрегату.

Але умова кількістю циліндрів і їх розташуванням - необов'язкове. Зустрічаються 2-циліндрові і 4-циліндрові двигуни з V-подібним або оппозітним становищем циліндрів, а також 6-циліндрові мотори з рядним розташуванням.

Використовується два типи охолодження, які застосовуються на силових установках - повітряне і рідинне. Від цього залежить конструктивна особливість блоку. Блок з повітряним охолодженням менш габаритний і конструктивно простіше, оскільки циліндри не входять до його конструкцію.

Блок з рідинним ж охолодженням складніший, в його конструкцію входять циліндри, а поверх блоку з циліндрами розташована сорочка охолодження. Усередині її циркулює рідина, відводячи тепло від циліндрів. При цьому блок разом сорочкою охолодження представляють одне ціле.

Зверху блок накривається спеціальної плитою - головкою блоку циліндрів (ГБЦ). Вона є однією зі складових, що забезпечують закритий простір, в якому проводиться процес горіння. Конструкція її може бути проста, що не включає додаткові механізми, або ж складна.

Кривошипно-шатунний механізм

Кривошипно-шатунний механізм , Що входить в конструкцію двигуна, забезпечує перетворення зворотно-поступального переміщення поршня в гільзі в обертальний рух коленвала. Основним елементом цього механізму є колінвал. Він має рухливе з'єднання з блоком циліндрів. Таке з'єднання забезпечує обертання цього валу навколо осі.

До одного з кінців вала прикріплений маховик. У завдання маховика входить передача крутного моменту від валу далі. Оскільки у 4-тактного двигуна на два оберти коленвала доводиться тільки один напівоберт з корисною дією - робочий хід, інші ж вимагають зворотної дії, яке і виконується маховиком. Маючи значну масу і обертаючись, за рахунок своєї кінетичної енергії він забезпечує проворот колін. вала під час підготовчих тактів.

Окружність маховика має зубчастий вінець, за допомогою його виконується запуск силової установки.

З іншого боку вала розміщується приводная шестерня масляного насоса і газорозподільного механізму, а також фланець для кріплення шківа.

Цей механізм також включає шатуни, які забезпечують передачу зусилля від поршня до коленвалу і назад. Кріплення до валу шатунів теж виробляється рухомо.

Поверхні блоку циліндрів, колін. вала і шатунів в місцях з'єднання безпосередньо між собою не контактують, між ними знаходяться підшипники ковзання - вкладиші.

Циліндро-поршнева група

Складається дана група з гільз циліндрів, поршнів, поршневих кілець і пальців. Саме в цій групі і відбувається процес згоряння і передача енергії, що виділяється для перетворення. Згорання відбувається всередині гільзи, яка з одного боку закрита головкою блоку, а з іншого - поршнем. Сам поршень може переміщатися всередині гільзи.

Щоб забезпечити максимальну герметичність всередині гільзи, використовуються поршневі кільця, які запобігають просочування суміші і продуктів горіння між стінками гільзи і поршнем.

Поршень за допомогою пальця рухомо з'єднаний з шатуном.

Газорозподільчий механізм

У завдання цього механізму входить своєчасна подача горючої суміші або її складових в циліндр, а також відведення продуктів горіння.

У двотактних двигунів як такого механізму немає. У нього подача суміші і відведення продуктів горіння проводиться технологічними вікнами, які пророблені в стінках гільзи. Таких вікон три - впускний, перепускний і випускне.

Поршень, рухаючись виробляє відкриття-закриття того чи іншого вікна, цим і виконується наповнення гільзи паливом і відведення відпрацьованих газів. Використання такого газорозподілу не вимагає додаткових вузлів, тому ГБЦ у такого двигуна проста і в її завдання входить лише забезпечення герметичності циліндра.

У 4-тактного двигуна механізм газорозподілу є. Паливо у такого двигуна подається через спеціальні отвори в голівці. Ці отвори закриті клапанами. При потребі подачі палива або відведення газів з циліндра виробляється відкривання відповідного клапана. Відкриття клапанів забезпечує розподільний вал, який своїми кулачками в потрібний момент натискає на необхідний клапан і той відкриває отвір. Привід распредвала здійснюється від коленвала.

ГРМ з ремінним і ланцюговим приводом

Компонування газорозподільного механізму може відрізнятися. Випускаються двигуни з нижнім розташуванням распредвала (він знаходиться в блоці циліндрів) і верхнім розташуванням клапанів (в ГБЦ). Передача зусилля від вала до клапанів проводиться за допомогою штанг і коромисел.

Більш поширеними є мотори, у яких і вал і клапана мають верхнє розташування. При такій компоновці вал теж розміщений в ГБЦ і діє він на клапана безпосередньо, без проміжних елементів.

Система харчування

Ця система забезпечує підготовку палива для подальшої подачі його в циліндри. Конструкція цієї системи залежить від використовуваного двигуном палива. Основним зараз є паливо, виділене з нафти, причому різних фракцій - бензин і дизельне паливо.

У двигунів, що використовують бензин, є два види паливної системи - карбюраторних і інжекторна. У першій системі смесеобразование проводиться в карбюраторі. Він виробляє дозування і подачу палива в що проходить через нього потік повітря, далі вже ця суміш подається в циліндри. Складається така система і паливного бака, паливопроводів, вакуумного паливного насоса і карбюратора.

карбюраторних система

Те ж робиться і в інжекторних авто, але у них дозування більш точна. Також паливо в інжекторах додається в потік повітря вже у впускному патрубку через форсунку. Ця форсунка паливо розпорошує, що забезпечує краще сумішоутворення. Складається інжекторна система з бака, насоса, розташованого в ньому, фільтрів, паливопроводів, і паливної рампи з форсунками, встановленої на впускному колекторі.

У дизелів ж подача складових паливної суміші проводиться окремо. Газорозподільний механізм через клапани подає в циліндри тільки повітря. Паливо ж в циліндри подається окремо, форсунками та під високим тиском. Складається дана система з бака, фільтрів, паливного насоса високого тиску (ТНВД) і форсунок.

Відмінність дизельного двигуна від бензинового

Нещодавно з'явилися інжекторні системи, які працюють за принципом дизельної паливної системи - інжектор з безпосереднім уприскуванням.

Система відведення відпрацьованих газів забезпечує виведення продуктів горіння з циліндрів, часткову нейтралізацію шкідливих речовин, і зниження звуку при виведенні відпрацьованого газу. Складається з випускного колектора, резонатора, каталізатора (не завжди) і глушника.

Система змазки

Система змащення забезпечує зниження тертя між взаємодіючими поверхнями двигуна, шляхом створення спеціальної плівки, що запобігає прямий контакт поверхонь. Додатково здійснює відведення тепла, захищає від корозії елементи двигуна.

Складається система мастила з масляного насоса, ємності для олії - піддону, маслозаборнік, масляного фільтра, каналів, по яких масло рухається до поверхонь, що труться.

Система охолодження

Підтримка оптимальної робочої температури під час роботи двигуна забезпечується системою охолодження. Використовується два види системи - повітряна і рідинна.

Повітряна система виробляє охолодження шляхом обдування циліндрів потім повітря. Для кращого охолодження на циліндрах зроблені ребра охолодження.

У рідинної системі охолодження проводиться рідиною, яка циркулює в сорочці охолодження з прямим контактом з зовнішньою стінкою гільз. Складається така система з сорочки охолодження, водяного насоса, термостата, патрубків і радіатора.

Система запалювання

Система запалювання застосовується тільки на бензинових двигунах. На дизелях займання суміші виробляється від стиснення, тому така система йому не потрібна.

У бензинових ж авто, займання виконується від іскри, проскакує в певний момент між електродами свічки розжарювання, встановленої в голівці блоку так, що її спідниця знаходиться в камері згоряння циліндра.

Складається система запалювання з котушки запалювання, розподільника (трамблера), проводки і свічок запалювання.

Електрообладнання

Забезпечує це обладнання електроенергією бортову мережу авто, в тому числі і систему запалювання. Цим обладнання також проводиться і запуск двигуна. Складається воно з АКБ, генератора, стартера, проводки, всіляких датчиків, які стежать за роботою і станом двигуна.

Це і все пристрій двигуна внутрішнього згоряння. Він хоч і постійно вдосконалюється, проте принцип роботи його не змінюється, поліпшуються лише окремі вузли і механізми.

сучасні розробки

Основним завданням, над якою б'ються автовиробники - це зниження споживання палива і викидів шкідливих речовин в атмосферу. Тому вони постійно покращують систему харчування, результатом є недавня поява інжекторних систем з безпосереднім уприскуванням.

Шукаються альтернативні види палива, останньою розробкою в цьому напрямку поки є використання в якості палива спиртів, а також рослинних масел.

Також вчені намагаються налагодити виробництво двигунів із зовсім іншим принципом роботи. Таким, наприклад, є двигун Ванкеля, але особливих успіхів поки немає.