Gearhead 101:понимание того, как работает двигатель вашего автомобиля

Я никогда не был автолюбителем. У меня просто не было никакого интереса копаться под капотом, чтобы понять, как работает моя машина. За исключением замены моих воздушных фильтров или замены масла время от времени, если бы у меня когда-либо возникала проблема с моей машиной, я бы просто отнес ее к механику, и когда он вышел, чтобы объяснить, что случилось, я вежливо кивнул и сделал вид, что как будто я знал, о чем он говорил.

Но в последнее время у меня появился зуд, чтобы на самом деле узнать основы того, как работают автомобили. Я не планирую становиться полным жирным мартышкой, но я хочу иметь общее представление о том, как все в моей машине на самом деле приводит ее в движение. Как минимум, эти знания позволят мне иметь представление о том, о чем говорит механик, когда я в следующий раз возьму свою машину. Плюс мне кажется, что человек должен понимать основы технологии, которую он использует. ежедневно. Когда дело доходит до этого веб-сайта, я знаю, как работает кодирование и SEO; пришло время мне изучить более конкретные вещи в моем мире, например, что находится под капотом моей машины.

Я полагаю, что есть и другие взрослые мужчины, похожие на меня — мужчины, которые не разбираются в автомобилях, но им немного любопытно, как работают их машины. Поэтому я планирую поделиться тем, что я узнаю в ходе собственного исследования и экспериментирую, в периодических сериях, которые мы назовем Gearhead 101. Цель состоит в том, чтобы объяснить самые основы того, как работают различные части автомобиля, и предоставить ресурсы о том, где вы можете это сделать. узнать больше самостоятельно.

Итак, без лишних слов, мы начнем наш первый урок Gearhead 101 с объяснения всех тонкостей сердца автомобиля:двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания называется «двигателем внутреннего сгорания», потому что топливо и воздух сгорают внутри. двигатель для создания энергии для движения поршней, которые, в свою очередь, приводят в движение автомобиль (ниже мы подробно покажем, как это происходит).

Сравните это с двигателем внешнего сгорания, в котором топливо сжигается снаружи. двигатель и энергия, созданная в результате этого горения, - вот что приводит его в действие. Паровые двигатели являются лучшим примером этого. Уголь сжигается вне двигателя, нагревая воду для производства пара, который затем приводит двигатель в действие.

Большинство людей думают, что в мире механизированного движения паровые двигатели внешнего сгорания появились раньше двигателей внутреннего сгорания. Реальность такова, что двигатель внутреннего сгорания появился первым. (Да, древние греки возились с паровыми машинами, но ничего практического из их опытов не вышло.)

В 16 ^го века изобретатели создали двигатель внутреннего сгорания, использующий порох в качестве топлива для приведения в действие движения поршней. На самом деле их двигал не порох. Принцип работы этого раннего двигателя внутреннего сгорания заключался в том, что вы набивали поршень до верхней части цилиндра, а затем воспламеняли порох под поршнем. После взрыва образовался вакуум, который засасывал поршень в цилиндр. Поскольку этот двигатель полагался на изменения давления воздуха для перемещения поршня, его назвали атмосферным двигателем. Это было не очень эффективно. К 17 ^го века паровые двигатели были многообещающими, поэтому от двигателя внутреннего сгорания отказались.

Лишь в 1860 году был изобретен надежный работающий двигатель внутреннего сгорания. Бельгийский парень по имени Жан Жозеф Этьен Ленуар запатентовал двигатель, который впрыскивал природный газ в цилиндр, который впоследствии воспламенялся постоянным пламенем возле цилиндра. Он работал аналогично пороховому атмосферному двигателю, но не слишком эффективно.

Основываясь на этой работе, в 1864 году два немецких инженера по имени Николаус Август Отто и Ойген Ланген основали компанию, которая производила двигатели, подобные модели Ленуара. Отто отказался от управления компанией и начал работать над конструкцией двигателя, над которой он играл с 1861 года. Его конструкция привела к тому, что мы теперь знаем как четырехтактный двигатель, и эта базовая конструкция до сих пор используется в автомобилях.

Анатомия автомобильного двигателя

Двигатель V-6

Я покажу вам, как здесь работает четырехтактный двигатель, но прежде чем я это сделаю, я подумал, что было бы полезно пройтись по различным частям двигателя, чтобы вы имели представление о том, что и для чего нужно. четырехтактный процесс. В этих объяснениях используется терминология, основанная на других терминах в списке, поэтому не беспокойтесь, если вы сначала запутаетесь. Прочтите все, чтобы получить общее представление, а затем прочтите еще раз, чтобы у вас было общее представление о каждой части, о которой идет речь.

Блок двигателя (блок цилиндров)

Блок двигателя является основой двигателя. Большинство блоков двигателей отливают из алюминиевого сплава, но некоторые производители все же используют железо. Блок двигателя также называют блоком цилиндров из-за большого отверстия или труб, называемых цилиндрами, которые отлиты в единой конструкции. Цилиндр — это место, где поршни двигателя скользят вверх и вниз. Чем больше цилиндров у двигателя, тем он мощнее. В дополнение к цилиндрам в блок встроены другие воздуховоды и проходы, которые позволяют маслу и охлаждающей жидкости течь к различным частям двигателя.

Почему двигатель называется V6 или V8?

Отличный вопрос! Это связано с формой и количеством цилиндров двигателя. В четырехцилиндровых двигателях цилиндры обычно устанавливаются по прямой линии над коленчатым валом. Такой макет движка называется встроенным движком. .

Другая четырехцилиндровая компоновка называется «плоская четверка». Здесь цилиндры расположены горизонтально в два ряда, а коленчатый вал проходит посередине.

Когда двигатель имеет более четырех цилиндров, они делятся на два ряда цилиндров — по три цилиндра (или более) на каждую сторону. Разделение цилиндров на два ряда делает двигатель похожим на букву «V». V-образный двигатель с шестью цилиндрами =двигатель V6. V-образный двигатель с восемью цилиндрами =V8 — по четыре в каждом ряду цилиндров.

Камера сгорания

В камере сгорания двигателя происходит волшебство. Именно здесь топливо, воздух, давление и электричество объединяются, чтобы создать небольшой взрыв, который двигает поршни автомобиля вверх и вниз, тем самым создавая энергию для движения автомобиля. Камера сгорания состоит из цилиндра, поршня и головки цилиндра. Цилиндр действует как стенка камеры сгорания, верхняя часть поршня служит дном камеры сгорания, а головка цилиндра служит потолком камеры сгорания.

Головка цилиндра

Головка блока цилиндров представляет собой кусок металла, надетый на цилиндры двигателя. В головке блока цилиндров отлиты небольшие округлые углубления, чтобы создать пространство в верхней части камеры сгорания. Прокладка головки блока цилиндров герметизирует соединение между головкой блока цилиндров и блоком цилиндров. Впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания и топливные форсунки (эти детали объясняются позже) также крепятся к головке блока цилиндров.

Поршень

Поршни перемещаются вверх и вниз по цилиндру. Они похожи на перевернутые банки из-под супа. Когда топливо воспламеняется в камере сгорания, сила толкает поршень вниз, который, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал (см. ниже). Поршень крепится к коленчатому валу через шатун, также известный как шатун. Он соединяется с шатуном через поршневой палец, а шатун соединяется с коленчатым валом через шатунный подшипник.

В верхней части поршня вы найдете три или четыре канавки, отлитые в металле. Внутри канавок поршневые кольца вставляются. Поршневые кольца - это та часть, которая фактически касается стенок цилиндра. Они сделаны из железа и бывают двух видов:компрессионные кольца и маслосъемные кольца. Компрессионные кольца являются верхними кольцами и давят наружу на стенки цилиндра, обеспечивая прочное уплотнение камеры сгорания. Маслосъемное кольцо — это нижнее кольцо поршня, которое предотвращает просачивание масла из картера в камеру сгорания. Он также смывает излишки масла со стенок цилиндров и обратно в картер.

Коленчатый вал

Коленчатый вал преобразует движение поршней вверх и вниз во вращательное движение, которое позволяет автомобилю двигаться. Коленчатый вал обычно вставляется в блок двигателя по длине в нижней части. Он простирается от одного конца блока цилиндров до другого. В передней части двигателя коленчатый вал соединяется с резиновыми ремнями, которые соединяются с распределительным валом и передают мощность на другие части автомобиля; в задней части двигателя распределительный вал соединяется с трансмиссией, которая передает мощность на колеса. На каждом конце коленчатого вала вы найдете сальники или «уплотнительные кольца», которые предотвращают утечку масла из двигателя.

Коленчатый вал находится в так называемом картере двигателя. Картер расположен под блоком цилиндров. Картер защищает коленчатый вал и шатуны от посторонних предметов. Область в нижней части картера называется масляным поддоном, и именно здесь хранится моторное масло. Внутри масляного поддона вы найдете масляный насос, который прокачивает масло через фильтр, а затем это масло разбрызгивается на коленчатый вал, шатунные подшипники и стенки цилиндра, чтобы обеспечить смазку движения поршня. В конце концов масло капает обратно в масляный поддон только для того, чтобы начать процесс снова

Вдоль коленчатого вала вы найдете балансировочные кулачки, которые действуют как противовесы, уравновешивая коленчатый вал и предотвращая повреждение двигателя из-за биения, возникающего при вращении коленчатого вала.

Также вдоль коленчатого вала вы найдете коренные подшипники. Коренные подшипники обеспечивают гладкую поверхность между коленчатым валом и блоком цилиндров, благодаря чему коленчатый вал может вращаться.

Распределительный вал

Распределительный вал — это мозг двигателя. Он работает вместе с коленчатым валом через зубчатый ремень, чтобы впускные и выпускные клапаны открывались и закрывались в нужное время для оптимальной работы двигателя. В распределительном валу используются яйцевидные лепестки, которые проходят через него, чтобы контролировать синхронизацию открытия и закрытия клапанов.

Большинство распределительных валов проходят через верхнюю часть блока цилиндров, прямо над коленчатым валом. В рядных двигателях один распределительный вал управляет как впускными, так и выпускными клапанами. На V-образных двигателях используются два раздельных распределительных вала. Один управляет клапанами на одной стороне V, а другой управляет клапанами на противоположной стороне. Некоторые V-образные двигатели (например, тот, что показан на нашем рисунке) даже имеют по два распределительных вала на ряд цилиндров. Один распределительный вал управляет одной стороной клапанов, а другой распределительный вал управляет другой стороной.

Система синхронизации

Как упоминалось выше, распределительный вал и коленчатый вал координируют свое движение с помощью зубчатого ремня или цепи. Цепь ГРМ удерживает коленчатый и распределительный валы в одном и том же положении относительно друг друга в течение всего времени работы двигателя. Если распределительный вал и коленчатый вал по какой-либо причине не синхронизированы (например, цепь ГРМ пропускает зубчатое колесо), двигатель не будет работать.

Распределительный механизм

Клапанный механизм — это механическая система, установленная на головке блока цилиндров и управляющая работой клапанов. Клапанный механизм состоит из клапанов, коромысла, толкателей и толкателей.

Клапаны

Клапаны бывают двух типов:впускные клапаны и выпускные клапаны. Впускные клапаны подают смесь воздуха и топлива в камеру сгорания, чтобы создать сгорание для питания двигателя. Выпускные клапаны выпускают выхлопные газы, образующиеся после сгорания, из камеры сгорания.

Автомобили обычно имеют один впускной клапан и один выпускной клапан на цилиндр. Большинство высокопроизводительных автомобилей (Jaguar, Maserati и т. д.) имеют четыре клапана на цилиндр (два впускных и два выпускных). Хоть Honda и не считается «высокоэффективной» маркой, она также использует в своих автомобилях четыре клапана на цилиндр. Есть даже двигатели с тремя клапанами на цилиндр — два впускных, один выпускной. Многоклапанные системы позволяют автомобилю лучше «дышать», что, в свою очередь, улучшает работу двигателя.

Коромысла

Коромысел — это маленькие рычаги, которые касаются выступов или кулачков распределительного вала. Когда лепесток поднимает один конец коромысла, другой конец коромысла давит на шток клапана, открывая клапан, чтобы впустить воздух в камеру сгорания или выпустить выхлопные газы. Он работает как качели.

Толкатели/подъемники

Иногда выступы распределительного вала касаются коромысла напрямую (как вы видите в двигателях с верхним расположением распределительного вала), таким образом открывая и закрывая клапан. В двигателях с верхним расположением клапанов кулачки распределительного вала не соприкасаются напрямую с коромыслами, поэтому используются толкатели или толкатели.

Топливные форсунки

Чтобы создать сгорание, необходимое для движения поршней, нам нужно топливо в цилиндрах. До 1980-х годов автомобили использовали карбюраторы для подачи топлива в камеру сгорания. Сегодня во всех автомобилях используется одна из трех систем впрыска топлива:непосредственный впрыск топлива, распределенный впрыск топлива или впрыск топлива через дроссельную заслонку.

При непосредственном впрыске топлива каждый цилиндр получает собственную форсунку, которая впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания в нужный момент для воспламенения.

При распределенном впрыске топлива вместо того, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в цилиндр, оно впрыскивается во впускной коллектор сразу за клапаном. Когда клапан открывается, воздух и топливо поступают в камеру сгорания.

Системы впрыска топлива в корпусе дроссельной заслонки работают так же, как карбюраторы, но без карбюратора. Вместо того, чтобы каждый цилиндр имел свою собственную топливную форсунку, есть только одна топливная форсунка, которая идет к корпусу дроссельной заслонки. Топливо смешивается с воздухом в корпусе дроссельной заслонки, а затем распределяется по цилиндрам через впускные клапаны.

Свеча зажигания

Над каждым цилиндром находится свеча зажигания. Когда он искрит, он воспламеняет сжатое топливо и воздух, вызывая мини-взрыв, толкающий поршень вниз.

Четырехтактный цикл

Итак, теперь, когда мы знаем все основные части двигателя, давайте посмотрим на движение, которое на самом деле приводит в движение нашу машину:четырехтактный цикл.

На приведенном выше рисунке показан четырехтактный цикл с одним цилиндром. Это происходит и в других цилиндрах. Повторите этот цикл тысячу раз в минуту, и вы получите движущуюся машину.

Ну вот и все. Основы работы двигателя автомобиля. Загляните сегодня под капот вашего автомобиля и посмотрите, сможете ли вы указать детали, которые мы обсуждали. Если вам нужна дополнительная информация о том, как работает автомобиль, ознакомьтесь с книгой Как работают автомобили. Это очень помогло мне в моих исследованиях. Автор прекрасно излагает вещи языком, понятным даже новичку.