Часть 2а. Двигатель Внутреннего Сгорания - Конструкция (часть 1 из ..)⁠⁠

Всем снова привет!

Большое спасибо за все оставленные к первой части комментарии, я постараюсь учесть максимум из них и улучшать качество своих постов :) Их оказалось неожиданно много, и я рад что тема выбранная мной оказалась кому-то интересна.

Небольшое отступление - многие автолюбители более чем хорошо знают все описываемое мной, и специально для тех, кому не слишком интересна моя писанина, начиная с этого поста, я буду использовать специальный тег "автоосновы" (ничего более путного в голову не пришло, предлагайте свои варианты в комментариях если есть идеи получше), и вы можете добавить его в исключения. Я не буду использовать этот тег, или буду заменять его на другой, когда буду делать посты о более интересных и/или редких технологиях.

Так же подумав над некоторыми комментариями, я решил всё-таки использовать сторонние изображения в своих постах, т.к. это сильно улучшит понимание того, о чем я рассказываю.

Да и покрасивше так будет, художник-то из меня так себе, а сейчас еще и под рукой только пейнт. :)

Сегодня будет рассказ о двигателе внутреннего сгорания, точнее рассказ будет о его частях.

Если вы более менее представляете из чего состоит двигатель - свободно пропускайте этот пост, вы ничего не потеряете, но вероятно сэкономите свое время.

ВАЖНО. Этот пост будет очень длинным. Я постарался выкинуть из него после написания все, что можно хоть как-то пропустить, и даже так его пришлось уже разделить на несколько, но я считаю, что для движения дальше важно определиться с используемой терминологией и дать общее понимание что же есть внутри двигателя. Возможно кто-то поспорит и скажет что важнее сначала рассмотреть принцип, но я считаю что начать стоит с этого.

Что ж, открыв капот современного автомобиля, мы часто видим примерно такую картину:

Все аккуратно и под крышечками (это конечно не у всех), но ничего не видно и не понятно. Достанем двигатель наружу и поснимаем крышечки.

Все равно ничего не понятно. Тогда разберем его! :)

Сразу же выделим те части, которые будут перечислены в этой записи, пока что без названий.

На изображениях выше показан V-образный 8ми цилиндровый двигатель S65B40, такой устанавливался на BMW M3.

Теперь, за несколько постов, образно говоря, попробуем собрать этот двигатель обратно (в нашей голове).

В плане принципа работы двигателя, пока что просто договоримся, что поршни совершают возвратно-поступательное движение (туда-сюда) при сжигании топлива в камере сгорания. О том как именно это происходит будет в максимально короткие сроки пост о принципе работы 4-х тактного ДВС. Ну или вы можете посмотреть основы этого сами, найдя информацию в интернете и не дожидаясь меня.

А в этой записи я бы хотел рассмотреть именно детали конструкции, дабы в будущем все понимали, что я имею ввиду используя различные термины типа "шатун" или другие, и не бегали в википедию или гугл каждый раз.

В некотором роде основу двигателя составляет Блок цилиндров (1), в нем происходит движение поршней по направляющим-цилиндрам. Уже к блоку крепятся остальные части.

Вид на блок цилиндров сверху (слева) и снизу (справа)

Блок, это цельная деталь, в основном, чугунная, или, все чаще в последнее время, алюминиевая с гильзами или специальным покрытием стенок цилиндров. Гильза это своего рода вставка внутрь блока из другого материала. Гильза или дополнительное покрытие необходимы из-за того, что если оставить стенки цилиндра из чистого алюминия они очень быстро износятся, при контакте с более твердой поршневой

Алюминиевый блок легче, его проще охлаждать (правда он дольше прогревается до рабочей температуры), но из-за усложнения конструкции он несколько менее ремонтопригодный в случае получения задиров (повреждений покрытия) в цилиндрах или износа их поверхностей.

В целом, алюминиевые блоки более технологичны и хорошо себя показывают в рамках потребительской эксплуатации, в теории они должны быть даже надежнее, но, как показала практика, двигатель "милионник" на их базе не строят, и это одна из причин, почему считается что старые автомобили надежнее. Стоит сказать что старые моторы на алюминиевом блоке были надежнее современных (есть модели таких двигателей отбегавших по 300-500 тысяч), так что это скорее общая тенденция рынка, снижение себестоимости производства и следовательно качества материалов, так что бояться конкретно алюминиевых блоков не стоит.

Кроме несущей функции, блок содержит в себе масляные каналы, для подачи масла к трущимся поверхностям и нагревающимся элементам, а так же рубашку охлаждения - каналы по которым изолированно ото всех других жидкостей и газов циркулирует охлаждающая жидкость внутри двигателя. Охлаждающая жидкость забирает излишнее тепло, и таким образом, за счет термостата и других элементов системы охлаждения, удерживается рабочая температура двигателя. Механический термостат выглядит следующим образом:

Он "открывается" при нагреве до определенной температуры (около рабочей температуры двигателя), открывая для охлаждающей жидкости путь в контур с радиатором охлаждения, где и происходит ее охлаждение. В настоящее время так же применяется термостат управляемый электроникой.

Опорная плита блока цилиндров (2) - Блок может состоять не из одной детали, а иметь так же опорную плиту, которая прикручивается болтами снизу, и является опорой для коленчатого вала (10) (об этом дальше). Может как присутствовать, так и отсутствовать в конструкции двигателя. Улучшает жесткость конструкции.

Масляный поддон (3) (Поддон картера) прикрывает эту конструкцию снизу, в него стекает находящееся в непрерывной циркуляции масло, откуда масляным насосом(4), оно подается опять в масляные каналы под давлением. В поддоне может быть установлен датчик давления масла (5).

Существуют так же системы с "сухим картером", но несмотря на их плюсы они дороже и применяются преимущественно в автоспорте. Суть такой системы заключена в том, что масло из поддона откачивается в специальный промежуточный бак, подача из которого не может прерваться при резких ускорениях в любых направлениях, что возможно в обычной системе, когда, например, под действием центробежной силы в повороте, масло смещается и не попадает в маслоприемник насоса(6) (через него насос забирает масло которое затем качает в систему, расположен он обычно в низкой точке поддона), а прекращение подачи масла приведет к очень быстрому масляному голоданию и перегреву трущихся поверхностей, и последующему их выходу из строя.

Кривошипно-шатунный механизм необходим для перевода линейного движения в движение по окружности.

Поршни (7) совершают возвратно-поступательные движения внутри цилиндров и, посредством Шатунов (8), к которым они подсоединены через пальцы (9), передают это движение на коленчатый вал (10).

Как оно все крутится вместе видно на этой гифке из википедии.

Поршни имеют большое количество параметров, в первую очередь относящихся к их геометрии, различающихся у различных производителей, а так же, в зависимости от метода производства и применяемых материалов поршни выдерживают разные нагрузки (по этой причине люди, занимающиеся увеличением мощности мотора, достигая определенного предела заменяют поршни и шатуны на усиленные, зачастую кованные, если ресурса "стоковых", то есть установленных с завода, становится недостаточно).

На данном этапе я только добавлю, что сами поршни не соприкасаются со стенками цилиндров напрямую, а изготавливаются с небольшим зазором (в том числе он включает запас под тепловое расширение). На поршне имеются маслосъемные(11) и компрессионные кольца(12).

Маслосъемные способствуют снятию излишков масла со стенок цилиндра при обратном движении поршня в сторону коленчатого вала, оставляя лишь необходимый микроскопический слой.

Компрессионные герметично прилегают к стенкам цилиндров, и поддерживают компрессию (давление в камере сгорания) и тем самым обеспечивая работу мотора.

Шатун(8) представляет собой элемент, соединяющий поршень(7) и коленчатый вал(10) и переводит линейные перемещения поршня во вращение коленчатого вала.

Состоит шатун из

а) Верхней головки шатуна - часть соединяющая шатун с поршнем.

б) Нижней головки шатуна - часть соединяющая шатун с коленвалом. Нижняя головка разборная и имеет крышку, крепящуюся при помощи болтов, а между ее внутренней поверхностью и коленчатым валом устанавливаются шатунные вкладыши (13), играющие роль подшипников скольжения. Вкладыши покрыты специальным материалом снижающим трение.

в) Силового стержня, соединяющего головки шатуна.

При разборке двигателя, с какой либо целью, стоит так же учитывать, что крышка нижней головки шатуна и сам шатун изготавливаются изначально вместе, как единое целое, и лишь затем разделяются. В итоге они идеально подходят друг, к другу, но нельзя устанавливать на шатун крышку от другого шатуна, даже если внешне все выглядит идентично. Так же важно не перепутать направление установки.

Коленчатый вал(10) имеет коренные шейки - соосные с осью его вращения, и шатунные шейки - при вращении они описывают окружность если смотреть с торца. Коленвал располагается коренными шейками на постели коленчатого вала (опорной поверхности коленчатого вала), расположенной на блоке, через коренные вкладыши(14) (играют роль подшипников скольжения, аналогично шатунным) и притягивается крышками коленчатого вала, или же опорной плитой блока цилиндров(2), если таковая имеется в конструкции двигателя. К шатунным же шейкам крепятся шатуны(8).

Удаленность шатунных шеек от оси вращения задает длину хода поршня, то есть вместе с диаметром поршня они задают рабочий объем двигателя.

Например коленвал любой из вариаций двигателя компании VAG 1.8t (сделаных на блоке 06A) задает ход поршня в 86.4 мм, а номинальный диаметр цилиндра в этом моторе 81 мм, цилиндров таких четыре, тогда мы можем посчитать рабочий объем мотора, и он будет равен

4*П*(40.5 мм^2)*86.4 мм, получаем 1.7799 литра.

А коленвал от более современного 2-х литрового двигателя той же фирмы задает ход поршня 92.8 мм, диаметр цилиндра в таком моторе 82.5 мм, цилиндров так же 4

4*П*(41.25^2)*92.8, получается 1.983 литра.

Таким образом, заметно что производители слегка лукавят заявляя объемы двигателей в комплектациях, ведь 2.0 это не 1.98, хоть в характеристиках пока еще пишут реальные значения. Чертов маркетинг.

Что ж, я думаю в рамках одного поста стоит остановиться на данном этапе, мы рассмотрели основные элементы составляющие "низ" мотора и делающие возможным само преобразование энергии сжигаемого топлива в механическую работу.

Продолжение следует.

По плану в следующем выпуске: Головка блока цилиндров, ГРМ, система зажигания, впуск, выпуск, и возможно плавный переход к схеме работы двигателя. Но буду смотреть по получающемуся объему, например из этого поста я "выкинул" довольно большое количество информации, что бы его уменьшить насколько это возможно.

И для дошедших до конца - опросник.

Как вы оцениваете размер поста? Лично мне, кажется что он очень уж длинный.

Стоит ли сделать его меньше? Возможно, стоит в будущем делать короткие посты о всего одном элементе? Тогда информации про элементы получится давать больше.

Голосование здесь.

Так же, я вероятно останусь без интернета на ближайшее время и не успею доделать пост, поэтому возможно пост появится с задержкой и точный срок дать не могу.