Ключевые компоненты двигателя внутреннего сгорания

Знать, как работает двигатель внутреннего сгорания — хорошо, но не знать его компоненты делает знания бесполезными. Сцепленные компоненты двигателя создают магию под капотом, для некоторых это и выглядит как магия.

Автомобильный двигатель состоит из различных компонентов разного размера со своими функциями. Статья посвящена распространенному типу — двигателю внутреннего сгорания.

Современные детали двигателя сочетают механические и электрические компоненты. Читайте важные статьи о ДВС…

Автомобильные двигатели заключены в герметичный прочный металлический цилиндр. Цилиндров может быть до шестнадцати, но в современных авто чаще 4–8. Как описано в предыдущих статьях, функция цилиндра — открываться и закрываться в определенные моменты, пропуская топливо и воздух в камеру для сгорания и выпуская выхлопные газы. Это уже объяснено ранее. Проверьте по ссылкам выше!

В этой статье приведен список основных деталей ДВС с диаграммами и функциями.

Компоненты двигателя внутреннего сгорания:

Основные детали ДВС:

1. Цилиндр (Cylinder):

Эти детали находятся в блоке цилиндров (цилиндровом блоке). Имеют втулки или гильзы. Гильза изнашивается в работе и легко заменяется. В цилиндре есть пространство для поршня, движущегося вверх-вниз, обеспечивающего сгорание.

Циллиндры характеризуются диаметром (борем) и ходом. Бор — внутренний диаметр, ход — эффективная длина хода поршня (движение от ВМТ до НМТ — верхней и нижней мертвых точек).

Блок цилиндров также имеет полости вокруг и между отдельными цилиндрами — водяные рубашки (jackets). Они пропускают охлаждающую жидкость для эффективного теплоотвода в жидкостноохлаждаемых двигателях.

2. Поршень (Piston):

Поршень — цилиндрическая деталь, движущаяся вверх-вниз в цилиндре, обеспечивающая полный рабочий цикл (впуск, сжатие, сгорание, выпуск) — см. ниже как это работает.

Диаметр поршня немного меньше бора цилиндра для предотвращения быстрого износа. На поршне в круглых канавках установлены три поршневых кольца из алюминия, контактирующие с гильзой цилиндра, предотвращающие износ поршня.

Первые два кольца — компрессионные, фасонные на внешней стороне, создают эффект blowby (предотвращают прорыв отработавших газов в картер). Третье — маслосъемное, не дает маслу попасть в камеру сгорания и обеспечивает равномерное распределение масла по стенкам цилиндра.

3. Коленчатый вал (Crankshaft):

Эти детали преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное через шатун. Находится под блоком цилиндров в картере. Коленвал имеет коленки — выступы, согнутые и смещенные относительно оси вала. В многоцилиндровом двигателе каждый цилиндр имеет свой шейку для крепления поршня через шатун.

Часть коленвала — шейка шатунного подшипника (big end) — скользящий подшипник. Другая часть — противовесы. Они компенсируют крутильные вибрации от возвратно-поступательного дисбаланса движущегося поршня во время сгорания. Противовес либо приболчен к телу коленвала, либо образует единое целое.

Коленвалы производятся либо раздельными частями, либо как единый кусок. Одночастая конструкция предпочтительнее: нет зазоров для вибраций, лучшее волокнистое наплавление и несущая способность.

Коленвалы обычно из стали методом раскатки или из чугуна с шарообразным графитом литьем. Одночастая — из закаленных углеродистых сталей. Другие стали (ванидисто-микроаллояжированные) используются для более высокой прочности без термообработки.

4. Шатун (Connecting rod):

Соединяет поршень с коленвалом. Преобразует линейное движение поршня во вращательное коленвала. Один конец крепится к поршню через пальец (гуджон, wrist pin). Другой — к шейке коленвала болтами, фиксирующими верхнюю и нижнюю крышки подшипника (big end).

Подшипник в виде двух полуоболочек в шейке коленвала большим концом шатуна. Оба конца не закреплены жестко, чтобы поворачиваться под углом. Следовательно, оба конца в непрерывном движении и под огромным напряжением от давления поршня.

Шатун обычно из кованой стали, иногда из алюминиевого сплава, когда приоритеты — легкость и высокая ударная вязкость. Изготавливается с высокой точностью — чувствительная деталь, склонная к отказам.

5. Головка блока цилиндров (Cylinder head):

Служит крышкой для блока цилиндров, клапанов, кулачков и элемента зажигания. Приболчена к блоку через прокладку головки.

Головка из чугуна, иногда алюминиевый сплав (легче, быстрее отводит тепло).

В двигателях с верхним распределительным валом (OHC) распредвал в головке, нет тяг клапанов. Другие детали: впускной/выпускной патрубки, камера сгорания — также под головкой, образуя единый узел.

6. Распределительный вал (Camshaft):

Вал с установленными на нем кулачками. Функция — управлять клапанами напрямую (сидя над ними) или через кулачки и тяги. Фаза газораспределения определяется размером кулачков: открытие/закрытие клапанов регулируется распредвалом, установленным на коленвале напрямую через редуктор или косвенно через ремень/цепь ГРМ.

Распредвал, соединенный с коленвалом шестерней, требует тяг и тактов механизма с кулачками. Распредвалы обычно из закаленного чугуна и литой стали (для высококачественных). Закаленный чугун дает высокую износостойкость и твердость поверхности.

7. Клапаны (Valves):

Клапаны ДВС — маховые клапаны (poppet valves). Состоят из длинного тонкого стержня (стержень клапана) и плоского кругового диска (головка клапана), конусного к стержню. Функция — впуск свежей смеси топлива и воздуха и выпуск отработавших газов. Открытие/закрытие вызывает скользящее движение кулачков распредвала и связанных звеньев.

Клапаны из стальных сплавов с натрием для повышения теплопередачи. Два вида: впускной (впуск заряда) и выпускной (уход выхлопа).

8. Кулачок (Rocker arm):

Важная деталь: передает вращательное движение кулачка или коленвала через такт/защелку и преобразует в линейное движение стержня клапана, прижимая головку клапана.

Голова кулачка из штампованной стали для легких и средних двигателей; для тяжелых дизелей — из чугуна и кованой углеродистой стали (больше прочность и жесткость). Кулачки качаются о неподвижный осевой стержень в головке блока.

9. Картер (Crankcase):

Компоненты ДВС под блоком цилиндров, содержащие подшипники вращения коленвала. Главный подшипник — скользящий с достаточным маслоподачей. В 4-цилиндровых рядных бензиновых — 3 подшипника в картере (по краям и в середине), в дизелях — 5 главных подшипников (по краям и между каждым цилиндром).

Картер из чугуна и алюминия — те же материалы, что блок цилиндров. Картер защищает внутренний механизм от пыли, грязи и иных материалов. Также служит оболочкой, ограждающей коленвал и шатуны, удерживающей масло и воздух.

10. Маслоносный насос и поддон (Oil pump and sump):

Функция насоса — подача масла к различным частям двигателя для смазки, очистки и охлаждения. Насос приводен шестерней коленвала. Масло под давлением распределяется по компонентам, смазывая и охлаждая систему.

Масляный поддон — емкость для хранения масла. Масло поднимается насосом из поддона через металлическую сетку, задерживающую грязь и частицы. Масляный фильтр и масляный радиатор пропускают масло перед распределением к деталям. После работы масло возвращается в поддон.

Другие автомобильные компоненты — электрические, будут рассмотрены в другой статье. Электрическая часть двигателя включает:

• Генератор (Alternator)
• Стартер (Starter motor)
• Свеча зажигания (Spark plug)
• Электронный форсунка (Electronic fuel injector)
• Катушка зажигания (Ignition coil) и др.

Надеемся, этот обзор «компонентов двигателя внутреннего сгорания» был полезен и интересен. Если да — поделитесь с друзьями и студентами в соцсетях. Спасибо!