На современных автомобилях чаще всего устанавливают двигатели внутреннего сгорания. В двигателе внутреннего сгорания используется давление расширяющихся газов, которые образуются при сгорании топлива в цилиндре. Здесь необходимо отметь, что фактически в цилиндре происходит сжигание рабочей смеси, состоящей из горючей смеси топлива и воздуха, а также остатков отработавших газов предыдущего цикла.
По способу образования горючей смеси и виду применяемого топлива двигатели бывают:
1) с внешним смесеобразованием (карбюраторные, работающие на бензине, и газосмесительные, работающие на горючем газе);
2) с внутренним смесеобразованием (дизельные, работающие на дизельном топливе).
1) с внешним смесеобразованием (карбюраторные, работающие на бензине, и газосмесительные, работающие на горючем газе);
2) с внутренним смесеобразованием (дизельные, работающие на дизельном топливе).
Воспламенение рабочей смеси в двигателях внутреннего возгорания осуществляется при помощи электрического разряда (в двигателях с внешним смесеобразованием) или из-за высокой степени сжатия (дизельные двигатели). В результате сгорания газы оказывают давление на поршень, придавая ему прямолинейное движение. Это движение при помощи шатуна и коленчатого вала преобразуется во вращательное движение маховика. Для того чтобы постоянно поддерживать работу двигателя, необходимо периодически очищать камеру сгорания от отработанных продуктов сгорания и наполнять ее свежим зарядом горючей смеси, это осуществляется при помощи впускных и выпускных клапанов.
Поршень, перемещаясь в цилиндре, совершает возвратно-поступательное движение. Крайние положения, в которых поршень меняет направление своего движения, называются нижней и верхней мертвыми точками (НМТ и ВМТ). Расстояние, которое проходит поршень между мертвыми точками, называется ходом поршня. Процесс, который происходит в цилиндре двигателя за один ход поршня, называется тактом.
Пространство внутри цилиндра, которое освобождается поршнем при его перемещении от ВМТ к НМТ, называется рабочим объемом цилиндра. Наименьшее пространство в цилиндре, которое образуется в тот момент, когда поршень находится в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания в совокупности образуют полный объем цилиндра. Сумма всех рабочих объемов цилиндра в двигателе называется литражом двигателя. Литраж двигателя, как правило, выражается в кубических сантиметрах. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия. Степень сжатия является одним из наиболее важных показателей двигателя. С увеличением степени сжатия повышается экономичность и мощность двигателя.
Для выполнения основного рабочего такта, при котором происходит сгорание рабочей смеси и расширение газов, необходимо осуществить несколько подготовительных тактов. К подготовительным тактам относятся:
1) впуск горючей смеси;
2) сжатие;
3) выпуск отработанных газов.
1) впуск горючей смеси;
2) сжатие;
3) выпуск отработанных газов.
Непрерывность работы двигателя достигается совокупностью периодически повторяющихся в цилиндре процессов (тактов), которые объединяются в единый цикл. Поскольку рабочий цикл осуществляется за четыре прохода поршня, то автомобильные ' двигатели часто называют четырехтактными.
Последовательность чередования тактов в рабочих циклах двигателей с внешним смесеобразованием такая же, как и в двигателях с внутренним смесеобразованием. Отличие заключается только в степени сжатия и в способе воспламенения рабочей смеси.
Последовательность чередования тактов в рабочих циклах двигателей с внешним смесеобразованием такая же, как и в двигателях с внутренним смесеобразованием. Отличие заключается только в степени сжатия и в способе воспламенения рабочей смеси.
Чередование тактов в автомобильном двигателе имеет следующую последовательность: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.
Впуск — происходит движение поршня от ВМТ к НМТ. При этом такте впускной клапан остается открытым. Из-за увеличения объема внутри цилиндра создается разряжение, в результате чего происходит заполнение цилиндра свежим зарядом горючей смеси.
Впуск — происходит движение поршня от ВМТ к НМТ. При этом такте впускной клапан остается открытым. Из-за увеличения объема внутри цилиндра создается разряжение, в результате чего происходит заполнение цилиндра свежим зарядом горючей смеси.
Сжатие — в этом такте происходит движение поршня от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем внутри цилиндра над поршнем уменьшается, в результате этого рабочая смесь сжимается. Благодаря сжатию улучшается испарение и перемешивание паров топлива с воздухом.
Рабочий ход (сгорание и расширение) — в этом такте происходит воспламенение рабочей смеси от электрического разряда (в двигателях с внешним смесеобразованием) или от высокой степени сжатия (в дизельных двигателях с внутренним смесеобразованием). Внутри цилиндра образуется высокое давление и температура, которая может достигать 9000 °С. Под давлением расширяющихся газов поршень перемешается от ВМТ к НМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты.
Выпуск — поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Выпускной клапан открыт. Происходит вытеснение отработанных газов из камеры сгорания цилиндра автомобильного двигателя.
Для обеспечения нормальной работы двигатель внутреннего сгорания содержит два механизма и четыре системы:
1) кривошипно-шатунный механизм;
2) газораспределительный механизм;
3) систему охлаждения;
4) систему смазки;
5) систему питания;
1) кривошипно-шатунный механизм;
2) газораспределительный механизм;
3) систему охлаждения;
4) систему смазки;
5) систему питания;
6) систему зажигания.
Двигатели, работающие на дизельном топливе, не имеют системы зажигания.
Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов при их расширении, а также преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов при их расширении, а также преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в камеру сгорания цилиндра необходимого количества горючей смеси и выпуска из камеры отработанных газов.
Система охлаждения необходима для отвода излишнего тепла от деталей двигателя. Кроме этого система охлаждения поддерживает оптимальный температурный режим работающего автомобильного двигателя. Система охлаждения может быть жидкостной и воздушной.
Система смазки предназначена для подачи смазки к трущимся поверхностям деталей автомобильного двигателя, для отвода тепла от деталей, уноса механических частиц, которые образуются в результате трения, а также для очистки моторного масла.
Система питания служит для приготовления горючей смеси, подачи ее в камеры сгорания цилиндров двигателя и удаления продуктов сгорания. В Дизельных двигателях система питания обеспечивает впрыск топлива в цилиндры в мелкораспыленном виде.
Система зажигания предназначается для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения, чтобы образовать электрический заряд в камере сгорания цилиндра двигателя для воспламенения рабочей смеси.
При одноцилиндровом двигателе на один рабочий ход приходится три подготовительных такта, поэтому такой двигатель работает неравномерно. Кроме этого масса такого двигателя, приходящаяся на единицу мощности, будет невелика. Для того чтобы устранить такие недостатки, применяют двигатели с большим числом цилиндров и шатуны, которые связаны с кривошипами общего коленчатого вала. Конструкция коленчатого вала разработана таким образом, что рабочие такты в различных цилиндрах не совпадают, а подготовительные такты одних цилиндров приходятся на рабочие такты других цилиндров. Следовательно, снижается роль маховика, что позволяет уменьшить его массу. Это, в свою очередь, уменьшает общую массу двигателя, приходящуюся на единицу мощности. Обеспечивается равномерность в работе двигателя.
В многоцилиндровых двигателях цилиндры могут располагаться в один ряд вертикально или наклонно, а также в два ряда под углом 90° (такое расположение называется V-образным). Кроме этого в некоторых моделях дорогих и мощных европейских автомобилей ставится многоцилиндровый двигатель, который представляет собой пару соединенных между собой V-образных двигателей, такие двигатели называются W-образные.