Всем известна фраза: «Мотор — сердце машины». С этим не поспоришь: без двигателя автомобиль становится бесполезной кучей металла, перемещать которую можно либо только вручную, либо с помощью тягловых животных. В этой главе рассказывается о том, что это за агрегат — двигатель внутреннего сгорания, каковы основные принципы его работы, какие процессы в нем протекают, а также о многом другом.
На всех машинах в качестве источника движущей силы используется двигатель внутреннего сгорания (рис. 1.1). Сущность работы этого сложнейшего агрегата состоит в преобразовании тепловой энергии, возникающей при сгорании рабочей смеси (смесь паров бензина и воздуха), в механическую энергию, которая заставляет автомобиль двигаться.
Рис. 1.1. Двигатель автомобиля «Мерседес»
Стандартный двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих деталей:
• головка блока цилиндров;
• цилиндры;
• поршни;
• поршневые кольца;
• поршневые пальцы;
• шатуны;
• коленчатый вал;
• маховик;
• распределительный вал с кулачками;
• клапаны;
• свечи зажигания (в дизельных машинах применяются свечи накаливания).
В большинстве машин используются четырехцилиндровые двигатели внутреннего
сгорания — это, как правило, машины малого и среднего классов. В частности, такие двигатели установлены на старых «Москвичах» и «Жигулях». Более мощные машины (среднего и большого классов) нередко оснащаются и восьми-, и двенадцатицилиндровыми моторами.
Чем больше цилиндров в двигателе, тем более мощным он является, однако соответствующим образом возрастает и потребление топлива.
Как работает двигатель внутреннего сгорания
В данном разделе рассматривается принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового бензинового мотора.
Главная часть двигателя внутреннего сгорания — это цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью. Сверху на цилиндре установлена головка, которая является отдельной деталью и при необходимости снимается, например чтобы получить доступ к двигателю для проведения ремонтных работ (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Двигатель со снятой головкой блока цилиндров
Внутри цилиндра находится поршень. Внешне он напоминает обычный стакан, который перевернут вверх дном (именно дно поршня является его рабочей поверхностью). В процессе работы двигателя поршень внутри цилиндра перемещается вертикально вверх- вниз с высокой интенсивностью.
Снаружи по окружности поршня в отдельных канавках расположены поршневые кольца. Поршень прилегает к внутренней поверхности цилиндра неплотно. Поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, во- вторых, не пропускают моторное масло в камеру сгорания, которая находится над поршнем и расположена над верхней мертвой точкой (о том, что это такое, рассказывается далее).
Поршень закреплен на шатуне с помощью специальной детали, которая называется поршневым пальцем. В свою очередь, шатун закреплен на коленчатом валу двигателя, а точнее — на кривошипе коленчатого вала (рис. 1.3). При сгорании рабочей смеси образующиеся газы оказывают сильное давление на поршень, который начинает двигаться вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, что в результате вынуждает его вращаться.
Рис. 1.3. Поршень с шатуном
На конце коленчатого вала имеется тяжелый металлический диск с зубьями, который называется маховиком. Основная его задача — обеспечить вращение коленчатого вала по инерции, что необходимо для подготовительных тактов рабочего цикла (о том, что такое «такты» и «рабочий цикл», будет рассказано далее).
Горючая смесь поступает в камеру сгорания через впускной клапан, а после сгорания продукты горения, которые представляют собой выхлопные газы, выходят из камеры сгорания через выпускной клапан. Оба клапана открываются в тот момент, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала. Как только кулачок отходит назад (это происходит очень быстро, так как распределительный вал вращается с высокой скоростью), клапаны вновь плотно закрываются: их возвращают в исходное положение мощные пружины.