Как работают автомобильные двигатели?

Несмотря на относительно простое управление, автомобили на самом деле являются очень сложными механизмами. Автомобилю для работы нужно топливо, но что на самом деле делает с ним двигатель?

В общем, стандартный двигатель внутреннего сгорания — то, что сегодня есть в большинстве транспортных средств, работающих на топливе — использует воздух в сочетании с бензином для производства энергии.[1] Конечно, все становится сложнее.

Компоненты двигателя

Прежде чем погрузиться в работу автомобильного двигателя, полезно изучить его базовую анатомию (что также важно, если вам нужно выполнить какое-либо техническое обслуживание автомобиля). Взгляните на приведенную ниже схему двигателя автомобиля, а затем просмотрите список основных компонентов двигателя и их функции:

• Блок двигателя: Блок цилиндров, обычно сделанный из железа или алюминия, содержит большинство деталей, обеспечивающих работу двигателя, включая цилиндры, поршни, коленчатый и распределительный валы.[2] (Если вы открываете капот, генератор переменного тока обычно крепится к передней части блока цилиндров.)
• Головка блока цилиндров: Головка блока цилиндров включает в себя компоненты, которые управляют потоком всасываемого воздуха и выхлопных газов, такие как клапаны и распределительные валы.[2]
• Коленчатый вал: Коленчатый вал преобразует движение поршней вверх-вниз в соответствующее круговое движение. Он прикреплен к поршням через шатун.[2]
• Соединительные стержни: Шатун соединяет коленчатый вал с поршнями. Он вращается на каждом конце, что дает возможность перемещать оба компонента.[3]
• Поршни: Поршни движутся вверх и вниз внутри цилиндра, передавая энергию коленчатому валу, который, в свою очередь, приводит автомобиль в движение. Поршневые кольца, расположенные внутри поршней, помогают герметизировать края цилиндра и уменьшают трение во время движения.[2],[3]
• Свечи зажигания: Свечи зажигания вызывают сгорание, создавая искру, которая воспламеняет поступающую смесь воздуха и топлива.[3]
• Топливные форсунки : Топливная форсунка снабжает двигатель топливом. При этом топливо превращается в мельчайшие туманообразные частицы, которые легче сгорают в двигателе.[4]
• Клапаны: В двигателе есть два типа клапанов:впускные клапаны и выпускные клапаны. Первый пропускает воздух и газ в двигатель; последний выпускает выхлоп.[3]
• Распредвал: Распределительный вал контролирует открытие и закрытие клапанов. Для этого он преобразует круговое движение коленчатого вала в движение вверх-вниз, которое открывает и закрывает клапаны.[2]
• Ремень или цепь ГРМ: Ремень ГРМ или цепь проходят между распределительным валом и коленчатым валом, чтобы обеспечить их синхронную работу.[2]

Процесс четырехтактного двигателя

Большинство двигателей внутреннего сгорания работают по четырехступенчатому циклу. Эти шаги формально известны как ходы по отношению к четырем движениям, которые поршень совершает для завершения каждого цикла. Такты происходят в следующем порядке:впуск, сжатие, сгорание, выпуск.

При каждом такте поршень движется либо вверх, либо вниз внутри цилиндра, двигаясь вместе с впуском воздуха и топлива или выбросом выхлопных газов. Вот обзор того, как работает этот процесс[1]:

1. Впускной ход

Во время такта впуска поршень смещается вниз, а впускной клапан открывается, пропуская поток бензина и воздуха. Как только поршень достигает основания цилиндра, клапаны закрываются, герметизируя смесь бензина и воздуха. (Стоит отметить, что в некоторых современных автомобилях бензин впрыскивается позже, во время такта сжатия.)

2. Такт сжатия

В этот момент поршень движется обратно вверх, чтобы сжать газ и воздух к верхней части цилиндра. Вталкивание этой смеси в более ограниченное пространство подготавливает ее к воспламенению в ходе такта сгорания.

3. Такт сгорания

Такт сгорания, также известный как рабочий ход, — это то, что действительно создает мощность вашего двигателя и заставляет автомобиль двигаться. Здесь свеча зажигания воспламеняет газ. Образовавшееся тепло и расширяющийся газ толкают поршень обратно в цилиндр.

4. Такт выпуска

Когда поршень достигает дна цилиндра, выпускной клапан открывается, и поршень может откачивать отработавшие газы из двигателя. Оттуда газы попадают в выхлопную систему и выходят из автомобиля. Наконец, выпускной клапан закрывается, и четырехтактный цикл повторяется.

Различные типы автомобильных двигателей

Хотя все двигатели внутреннего сгорания в целом работают одинаково, существует несколько различных типов двигателей. При обсуждении двигателей, которые чаще всего используются в личных транспортных средствах, различия в основном связаны с расположением цилиндров. Например, цилиндры рядных двигателей выстроены прямо, а в двигателях V-образного типа , цилиндры разделены на две группы и образуют V-образную форму. Другие двигатели регулируют определенные механизмы, такие как фазы газораспределения или количество воздуха, добавляемого в четырехтактный цикл, для повышения эффективности или мощности.[1]

Знание того, как работает автомобильный двигатель, может оказаться полезным, когда придет время покупать следующую машину, особенно если вы покупаете ее у частного лица, а не у дилера. Узнайте, как купить автомобиль у частного продавца.

[1] «Вот как работает двигатель вашего автомобиля» (17 апреля 2019 г.)

[2] «Запчасти для автомобильных двигателей» (по состоянию на 24 сентября 2020 г.)

[3] «Как работают автомобильные двигатели» (по состоянию на 24 сентября 2020 г.)

[4] «Как работают системы впрыска топлива» (по состоянию на 24 сентября 2020 г.)