Устройство двигателя автомобиля
Для того, чтобы понять принцип работы двигателя, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении.
В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.
Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.
Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.
Технические характеристики двигателя. При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.
Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.
Основные детали двигателя автомобиля
Технический центр «Гвардейский» в Казани предлагает услуги по обслуживанию силовых агрегатов (как бензиновых, так и дизельных), в том числе диагностику, замену и ремонт двигателей поршневого типа с клапанным ГРМ.
Поршневые ДВС с клапанным ГРМ ставятся на преобладающее большинство легковых автомобилей, что обуславливает актуальность выполнения услуг по обслуживанию мотора. Мотористы нашего техцентра занимаются ремонтом и заменой таких важных конструкционных элементов любого силового агрегата как:
Обслуживание в целом ГРМ связано с необходимостью проверки состояния, выявления неисправностей и устранения поломок таких важных элементов как:
В КШМ пристальное внимание уделяется таким деталям как коленчатый вал (сокращенно коленвал), маховик, вкладыши, шатун, а также цилиндро-поршневая группа (включая поршень, в том числе поршневые кольца, еще гильзы и блок цилиндров).
Клапанная группа – элемент ГРМ, которая требует самого пристального внимания со стороны мотористов технического центра «Гвардейский». Она включает несколько важных элементов:
Клапана на мотор автомобиля сейчас ставятся двух видов – впускные и выпускные. Разница, прежде всего, в диаметре тарелки, у впускного Клапана этот параметр больше. Второе отличие – форма и диаметр штока, у впускного она цельнометаллическая и по диаметру он меньше, у выпускного бывает полая с наполнителем внутри, в большинстве случаев это натрий, или со стеллитом.
Схемы встречаются различные, классическая – четыре Клапана, два впускных, два выпускных, а также двухклапанная (по одному впускному и выпускному клапану). Помимо этого встречаются одноклапанные (впускной в дизельных двухтактных моторах с прямоточной продувкой), а в четырехтактных моторах трехклапанные (выпускной, пара впускных) и пятиклапанные (пара выпускных, соответственно три впускных) группы.
Впускные Клапана предназначены для впуска в цилиндры ТВС (полное название топливно-воздушная смесь), выпускные Клапана нужны для отвода из цилиндров образовавшихся выхлопных газов.
Основные элементы Клапана – тарелка (золотниковые и поворотные клапаны уже давно не устанавливаются), шток (он же направляющая втулка или стержень). Тарелки бывают плоскими и выпуклыми (зонтичными).
На штоке предусмотрено наличие элементов, необходимых для крепления к нему клапанной пружины (они в большинстве случаев также тарельчатые, хотя встречаются редко другие варианты, и еще пружин бывает не одна). Как правило, на штоке имеется кольцевая прорезь и для фиксации пружин используется сухарное подсоединение (с применением сухарей). Иногда пружины заменяются десмодромным механизмом.
Дополнительно на Клапана ставятся маслосъемные колпачки (сальники). Во впускных Клапанах они необходимы для предотвращения попадания масла в цилиндры.
Принцип работы заключается в том, что по заданному алгоритму, определенному циклу (Отто, Аткинсона, Миллера, Дизеля, существуют и другие) распределительный вал либо напрямую, при помощи кулачков, либо посредством привода определенной конструкции (вариантов масса – толкатели гидравлического типа, роликовые рычаги, иные) воздействует на шток Клапана. Он движется в направляющей втулке (между ними имеется определенный зазор, когда выполняется регулировка клапанов, этот параметр учитывается). В результате тарелка впускного Клапана способна открывать кольцевой канал для подачи ТВС, а тарелка выпускного Клапана – канал, предназначенный для отвода выхлопных газов в выхлопную систему.
Закрываются каналы благодаря пружине, которая выталкивает стержень в обратном направлении, что позволяет тарелке соприкасаться с седлом (если точнее, то с седлом соприкасается фаска с углом 45° или 30°).
Седло – это стальная или чугунная деталь в форме кольца. Ее расположение зависит от конструкционной схемы ГРМ, конкретнее размещения такого элемента как распредвал. Сейчас самое распространенное решение – верхнее расположение распредвала, при такой схеме седло запрессовывается или развальцовывается в головке блока цилиндров. Есть и другие варианты, в том числе и с нижним размещением распредвала ГРМ.
И еще отметим, что при движении Клапана могут прокручиваться вокруг своей оси с целью самоочистки, снятия с фаски нагара, такая функция присутствует не всегда.
Это общий принцип работы, реализуется он с использованием разнообразных конструкционных решений, которые при обслуживании двигателя необходимо знать досконально.
Распредвал – еще одна важная деталь ГРМ, без него работа клапанов невозможна в принципе. Это вал, на котором располагаются кулачки и опорные шейки. Он необходим для обеспечения функционирования ГРМ в полном соответствии с существующими фазами газораспределения. Валов может использоваться несколько, классические схемы – один, пара и четыре. Ставятся они в опоры с подшипниками скольжения.
Принцип работы следующий. Коленвал передает крутящий момент на распредвал посредством привода ГРМ (шестеренчатого, комбинированного, цепного или ременного). Вращаясь распредвал, напрямую при помощи кулачков или посредством привода, приводит в движение Клапана, что позволяет обеспечить попадание в цилиндры ТВС или только воздуха и выполнить отвод выхлопных газов.
С целью обеспечения работы привода ГРМ, передачи определенного крутящего момента на распредвал ставятся шестерни, шкив или звездочки, в зависимости от вида привода ГРМ.
Кулачки называются эксцентриками, они, как правило, одной высоты, но бывают и разной. Это связано с тем, что мотор может быть оборудован системой, изменяющей фазы газораспределения. Причем в таком случае распредвал у разных автопроизводителей имеет свои конструкционные особенности и дополнительные устройства. Если интересно, более полную информацию можете узнать у мотористов нашего техцентра.
Важный момент – место, где установлен распредвал. Сейчас самое распространенное решение верхнее – в ГБЦ, но бывают и варианты.
Коленвал – ключевая деталь КШМ. Он необходим для превращения возвратно-поступательной энергии поршней во вращательную энергию (используют термин крутящий момент) и передачи ее посредством привода ГРМ и маховика на целый ряд узлов.
Коленвалы отличаются по материалу (сталь, чугун) и технологии изготовления (литые, кованные), а также конструкции. Основных элементов несколько:
Отметим, что шатунные шейки отличаются по форме, месту расположения:
Внутри вала масляные каналы. Они необходимы для смазки подшипников скольжения. С целью обеспечения герметичности коленвала и препятствованию утечки масла ставятся сальники.
Располагается коленвал либо в блоке цилиндров, либо в картере мотора, вращается в опорах, для этого существуют подшипники скольжения, в которых закреплены коренные шейки. Есть и другие варианты. Например, полноопорный коленвал.
Принцип работы следующий. Поршень выполняет возвратно-поступательное движение и приводит в движение шатун. Шатун следом передает движение дальше по цепочке на коленвал, который благодаря использованию шеек преобразовывает полученное усилие в крутящий момент и передает дальше.
В задней части коленвала располагается хвостовик. Он передает вращательное движение на коробку передач. Варианты различные, если это «механика» (МКПП), то крутящий момент передается на маховик, если «автомат» (АКПП), то на гидромуфту или гидротрансформатор. Есть и другие варианты.
В передней части коленвала носок отвечает за передачу возникающего крутящего момента, прежде всего, на распредвал, в полной зависимости от привода ГРМ ставятся ведущая звездочка, шкив или шестерня. В остальном все зависит от конструкционной схемы определенной модели и марки машины. От коленчатого вала крутящий момент может подаваться на помпу (ее еще называют насос) систем смазки и охлаждения, в преобладающем числе случаев генератор и, при наличии, компрессор системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Существует масса других вариантов.
Шатун очень важная деталь КШМ. Принцип его действия основан на передаче возвратно-поступательного движения непосредственно от поршней к коленвалу. То есть этот узел объединяет коленвал и поршень. Конструкция отличается, но шатун состоит из таких элементов как:
То есть шатун – это две головки, соединенные стержнем.
Наши мотористы учитывают при работе, что головка может связываться с шатуном при помощи болтового, реже штифтового или бандажного соединения, а вот разъемы бывают прямыми и косыми, соединение зубчатым или замковым.
Поршень – одна из главных деталей силового агрегата. Он выполняет возвратно-поступательное движение прямо в цилиндре. В полной зависимости от тактов на него воздействуют энергия, образовывающаяся при сгорании ТВС, и коленвал, через шатун. Без движения поршня поршневой ДВС работать не сможет. Функций поршень имеет массу.
Это монолитная конструкция, полый цилиндр, который условно включает головку и юбку (тронковую, направляющую часть), изготавливается из алюминия, стали, чугуна (возможны и варианты). На головке предусмотрено днище и ставятся поршневые кольца. Днище, по сути, элемент камеры сгорания. Оно бывает плоским, выгнутым (выпуклым) или вогнутым. С целью соединения таких элементов как поршень и шатун используется поршневой палец.
Маховик – деталь из разряда «и вашим, и нашим», целых три системы напрямую зависят от его работоспособности:
По своей сути маховик – это диск, крепящийся на задней части коленвала. Материалы изготовления и конструкционные особенности могут отличаться.
По конструкции маховик бывает:
Более подробную информацию о конструкции и особенностях каждого вида маховиков можно узнать у наших консультантов.
Детали ГРМ и КШМ подвержены износу, так как нуждаются в смазке, работают под высокими нагрузками в очень сложных механических и температурных условиях, что приводит к выходу узлов из строя. Основной признак неисправности – сбои в работе двигателя. Что касается отдельно взятых деталей.
Причины выхода этого узла различные. Замена клапанов может понадобиться из-за перегрева двигателя, повреждения других деталей ГРМ, попадания в цилиндры различных посторонних предметов, недостаточной смазки (некачественного моторного масла или наличия в нем топлива), ошибочно настроенных фаз газораспределения. И еще необходима регулировка клапанов. Неверный зазор между штоком и направляющей втулкой – характерная неисправность.
Иногда приходится заменить распредвал по целому ряду причин, среди которых износ основных элементов, механические повреждения, недостаток смазки. Основные поломки:
Существуют и другие причины, которые обуславливают необходимость купить распредвал, а затем заменить распредвал в нашем техцентре.
Замена коленвала зачастую связана с его износом и деформацией, основные неисправности:
Существуют и другие. Еще одна нехорошая поломка, с которой приходится бороться мотористам нашего техцентра путем использования статической и динамической балансировки, – дисбаланс коленвала и других узлов.
Кроме того, в моторном цеху, на высокоточном оборудовании можно заказать услуги «шлифовка или расточка коленвала«, что гораздо дешевле, покупки нового коленвала.
Шатун подвержен износу. Запомните это. Иногда мастера некоторых автосервисов совсем не обращают внимания или экономят время, а ведь могут быть:
Причин, по которым шатун может выйти из строя, масса. Во многом все связано с моторным маслом (не хватает, с примесями, разбавлено топливом), работой силового агрегата (длительная эксплуатация, гидроудар, попадание различных посторонних предметов прямо в цилиндры) и неквалифицированным обслуживанием узла.
Поршень работает в очень сложных условиях, из-за чего может понадобиться замена поршней, зачастую приходится нашим мастерам заменить кольца. Основные неисправности:
Основные причины, из-за которых поршень повреждается, – поломки в системах смазки, охлаждения, подачи топлива, нарушение соосности между такими элементами как коленвал и поршневой палец, тяжелые эксплуатационные условия.
Главные причины выхода из строя маховика это:
Причины поломки маховика заключаются в тяжелых условиях эксплуатации, естественном износе, механических воздействиях, неквалифицированном обслуживании и ряде других факторов.
Неисправности КШМ и ГРМ в техническом центре «Гвардейский» выявляются путем разборки и дефектовки двигателя, а также с использованием целого ряда других методик, включая инструментальную диагностику при помощи специальных инструментов и приборов. Обязательно проверяются и смежные системы. На работу этих узлов влияют системы смазки, зажигания, охлаждения, подачи топлива, впускная и выпускная, работа электроники (ЭБУ и датчиков при наличии).
Если неисправны Клапана, то выявляются причины поломки. В целом у нас может производиться замена клапанов, втулки, правка седла, а также шлифовка фаски и торца, целый ряд других операций, например, связанных с заменой иных деталей и узлов ГРМ, поломка которых привела к проблемам с клапаном.
Обязательно при любых обстоятельствах производится регулировка Клапана (существующего зазора между штоком и втулкой).
Распредвал – деталь очень важная, если он неисправен, то могут сказать «прощай» Клапана, ГБЦ и даже блок, если очень сильно не повезет. В нашем техцентре производится дефектовка узла. Если потребуется, мотористы могут заменить распредвал или провести шлифовку коленвала, иногда возможна шлифовка шеек, установка втулок или вкладышей. Купить распредвал для определенного двигателя можно в автомагазине, который работает при техническом центре «Гвардейский».
Замена коленвала или расточка коленвала– один из основных видов работ, которые выполняют наши механики, зачастую наряду с такой услугой как капитальный ремонт двигателя. Если повреждения не слишком серьезные, может выполняться шлифовка шеек коленчатого вала, установка вкладышей, обработка упорных фланцев, вырезание посадочных мест и шпоночных пазов.
Что касается шатуна. Во многих автосервисах мотористы на эту деталь внимания не обращают, даже при капитальном ремонте мотора, а дальше большое горе и дорогостоящий ремонт. Наши механики обязательно проверяют шатун, например, геометрия отверстий оценивается нутромером, а непараллельность осей поршневой и кривошипной головок при помощи специального измерительного прибора и проверочной плиты. Зачастую шатун ремонтопригоден, выполняется обработка поверхностей, хонингование, замена втулок, расточка отверстий и другие услуги. Иногда приходится шатун менять. Все во многом предопределяется не только характером повреждений, но и конструкционными особенностями узла.
Поршень и поршневые кольца – расходные материалы. Поэтому выполняется замена поршней и наши мастера могут заменить кольца.
Маховик лучше заменить, реставрация может выйти гораздо дороже. Все напрямую зависит от характера и степени повреждений. Также в нашем техцентре проводится шлифовка, очистка, смазка узла.
Необходим ремонт двигателя, его основных элементов в Казани?
Обращайтесь в технический центр «Гвардейский» 7 дней в неделю.
Автомасла и все, что нужно знать о моторных маслах
Основные детали автомобильного двигателя
Главным «органом» автомобиля, от которого зависит практически вся его работа, является двигатель. Он имеет сложную структуру, может работать на традиционном дизельном или бензиновом горючем, а также на более новых видах топлива – например, на природном газе.
Если двигательный агрегат заглох, можно считать, что автомобиль умер. При ряде других неисправностей до СТО можно добраться и на своих колесах, но при поломке ДВС это невозможно.
Поэтому неисправности, иногда возникающие в нем, обращают на себя особое внимание владельца автомобиля, требуя своевременной замены запчастей. Для крупногабаритного транспорта в большинстве случае оптимальны запчасти Deutz, поскольку чаще устанавливаются именно эти двигатели.
Для легковых авто это, как правило, General Motors, BMW, Ford EcoBoost и другие. Разберемся, какие детали и узлы входят в конструкцию двигателя.
Блок ДВС
Основным компонентом двигателя является блок ДВС. Благодаря ему приводится в движение весь автомобиль, поэтому деталям блока цилиндров уделяется особое внимание.
Цилиндры должны быть изготовлены из высококачественного чугуна. Обязательно они проходят качественную обработку на высокотехнологичных станках.
В последние годы для изготовления блока ДВС легковых автомобилей начали использовать алюминий (особенно для спортивных моделей), а для грузовых оставили в производстве чугунные.
Нередко встречаются и смешанные системы цилиндров, которые изготавливаются из алюминия и магния. Такие блоки двигателя внутреннего сгорания все чаще применяют на спортивных автомобилях, поскольку они дают возможность снизить общую массу транспортного средства, а это очень важно для таких моделей.
Клапаны
Клапаны в автомобиле играют одну из самых важных ролей. Они позволяют регулировать расход горюче-смазочных материалов. В производстве современных автомобилей применяют такие виды клапанов:
Масляный фильтр
Долгая работа автомобиля невозможна без качественного функционирования масляного фильтра. Именно он подает масло к деталям автомобиля, а оно, в свою очередь, обеспечивает их эффективную работу и защищает от перегрева.
Еще одно значение масляного фильтра в том, что он помогает вывести вредные компоненты, которые образуются в результате технического износа.
Маслофильтр – важный структурный компонент любого авто, он позволяет продлить ресурс двигателя. Если же владелец машины пренебрегает заливкой масла или не заботится о его своевременной замене, то может очень быстро столкнуться с проблемой поломки двигателя.
Приводной ремень
Это еще один важный компонент, от которого напрямую зависит работа автомобильного двигателя. Отвечает за систему охлаждения, приводя в движение вентиляторы, которые защищают радиатор автомобиля от перегрева.
Приводной ремень требует особого внимания со стороны автомобилиста, поскольку при его неисправностях автомобиль не сможет двигаться.
Прокладки
Прокладки в автомобиле служат в основном для обеспечения плотного соединения отдельных деталей, а также помогают удерживать некоторые виды жидкостей (например, охлаждающую жидкость или моторное масло).
Также они проявляют противодействие при избыточном давлении в камере сгорания. Поэтому при выборе прокладок всегда стоит учитывать их целевое назначение, поскольку они отличаются по размерам, форме и видам материалов.
Сальники
Конструктивно это уплотнительное кольцо, используемое в автомобиле для закрытия зазоров. От сальника зависит подача масла и других технических жидкостей в двигательные компоненты машины.
Поэтому при несвоевременной замене сальников или их протекании возможны проблемы с работой всех подвижных узлов.
Механизм газораспределения
Газораспределительный механизм автомобиля представляет собой систему клапанов, которые должны открываться и закрываться в определенной последовательности. Их работа заключается в том, чтобы своевременно выводить отработанные материалы.