Советы автомеханика. Техобслуживание, диагностика, ремонт

Рис. 2.1. Первый промышленный двигатель внутреннего сгорания
В 1867 г. Николаус Август Отто и Эйген Ланген на Всемирной выставке в Париже представили новую версию двигателя внутреннего сгорания, КПД которого превышал КПД двигателя Ленуара примерно в три раза. В 1878 г. Николаус Август Отто построил первый работающий на газе четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с КПД примерно 15 %. В России в 1882 г. Огнеслав Стефанович Костович построил на Охтинской судоверфи восьмицилиндровый двигатель внутреннего сгорания, для которого в качестве топлива использовался бензин. Двигатель был создан для воздухоплавания. В 1883 году Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах разработали первый четырехтактный бензиновый двигатель для автомобиля. В 1887 году Вильгельм Майбах изобрел карбюратор, имеющий поплавковую камеру. Генрих Форд в этом же году построил свой первый автомобиль. В 1897 году Рудольф Дизель подготовил свой двигатель к запуску в производство. На исследовательские работы ему потребовалось четыре года.
2.1. Классификация двигателей 
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по следующим критериям:
1. По характеру движения рабочих частей:
– с возвратно-поступательным движением поршней;
– роторно-поршневые (двигатели Ванкеля) (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Роторный двигатель
2. По расположению цилиндров:
– рядные (рис. 2.3, а);
Рис. 2.3. Типы двигателей
– V-образные (рис. 2.3, б);
– оппозитные (рис. 2.3, в);
– звездообразные (рис. 2.3, г).
3. По способу осуществления рабочего цикла:
– четырехтактные двигатели;
– двухтактные двигатели.
4. По способу воспламенения горючей смеси:
– бензиновые двигатели с принудительным воспламенением;
– дизельные двигатели с воспламенением от сжатия.
5. По способу смесеобразования:
– с внешним смесеобразованием (вне камеры сгорания), преимущественно бензиновые двигатели;
– с внутренним смесеобразованием (в камере сгорания), преимущественно дизельные двигатели.
6. По типу систем охлаждения:
– с жидкостным охлаждением;
– с воздушным охлаждением.
7. По расположению распределительных валов:
– с верхним расположением распределительного вала;
– с нижним расположением распределительного вала.
8. По типу топлива:
– бензиновые;
– дизельные;
– работающие на газе.
9. По способу наполнения цилиндров:
– без наддува (атмосферные);
– с наддувом.
В автомобилях применяются, в основном, двигатели с возвратнопоступательным движением поршней. Скорее всего, эта тенденция сохранится и в ближайшем будущем.
Совершенствование конструкции двигателей происходит постоянно. С течением времени двигатели становятся все компактнее, а применяемые для их изготовления материалы – все качественнее. Для повышения мощностных показателей и экономичности совершенствуются системы подготовки топливной смеси процесса сгорания. Одновременно ужесточаются и закрепляются законодательно экологические требования к качеству отработанных газов. Двигатели, не соответствующие этим требованиям, запрещены к эксплуатации.Двигатель является сердцем автомобиля, и чтобы он работал долго и надежно, необходимо правильно его эксплуатировать. Для этого требуется знать основные принципы работы и устройство двигателя.
2.2. Устройство и работа 
Бензиновый двигатель – это двигатель с возвратно-поступательным движением поршней и принудительным воспламенением, работающий на топливно-воздушной смеси. В процессе сгорания запасенная в топливе химическая энергия преобразуется в тепловую, а тепловая энергия – в механическую.
Основные элементы четырехтактного бензинового двигателя (рис. 2.4):
Рис. 2.4. Основные элементы двигателя
• головка блока цилиндров;
• блок цилиндров;
• кривошипно-шатунный механизм;
• газораспределительный механизм.
Необходимо иметь в виду, что блок цилиндров является номерной деталью, подлежащей регистрации.
Двигатель с возвратно-поступательным движением поршней и воспламенением от сжатия называется дизельным. При воспламенении от сжатия химическая энергия топливно-воздушной смеси преобразуется в тепловую, а затем, посредством поршней, в механическую энергию. Необходимая для сгорания смесь образуется непосредственно в камере сгорания.
Конструктивно дизельные двигатели не отличаются от бензиновых, только вместо свечей зажигания установлена форсунка впрыска топлива. Степень сжатия в дизельном двигателе выше, чем в бензиновом. Из-за меньшего тепловыделения дизельные двигатели имеют больший КПД по сравнению с бензиновыми.
2.2.1. Принцип работы бензинового двигателя
В цилиндре происходит сгорание топлива и преобразование тепловой энергии в механическую работу. Для этого в цилиндре имеется поршень, который при помощи пальца и шатуна связан с коленчатым валом (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Поршень
Поршень движется в цилиндре, заставляя коленчатый вал вращаться, и, таким образом, возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное. Это преобразование происходит благодаря работе кривошипно-шатунного механизма.
Поршень надет на поршневой палец, одновременно проходящий через верхнюю головку шатуна. Нижняя разъемная головка шатуна охватывает шейку коленчатого вала. Такую шейку называют шатунной. Она смещена относительно других шеек, называемых коренными, на некоторое расстояние. Коренные и шатунные шейки связаны между собой пластинами почти прямоугольной формы – щеками. Щеки вместе с коренными и шатунными шейками образуют кривошип .
Коренные шейки коленчатого вала являются его осью и вращаются в подшипниках, расположенных в картере (основании) цилиндра. Шатунная шейка, как любая точка на ободе колеса, вынуждена вращаться относительно своей оси, описывая окружность, радиус которой называется радиусом кривошипа .
Чтобы полнее представить работу двигателя, необходимо знать, что такое рабочий объем цилиндра, объем камеры сгорания, полный объем цилиндра, степень сжатия, верхняя мертвая точка (в. м. т.), нижняя мертвая точка (н. м. т.) и число оборотов коленчатого вала (рис. 2.6, см. также на цветной вклейке рис. ЦВ 2.6).
Рис. 2.6. Схема работы цилиндра двигателя
Рабочий объем цилиндра (рис. 2.6, б) – пространство между мертвыми точками. Он заполняется горючей смесью при такте впуска, т. е. когда поршень движется от верхней мертвой точки к нижней. Когда поршень достигает в. м. т., над ним остается небольшое свободное пространство, называемое камерой сжатия или сгорания (рис. 2.6, а). Объем камеры сгорания в совокупности с рабочим объемом составляют полный объем цилиндра (рис. 2.6, в). Все перечисленные объемы измеряют в кубических сантиметрах.
При делении полного объема цилиндра на объем камеры сгорания получается величина, называемая степенью сжатия. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимают горючую смесь в цилиндре. Чем выше степень сжатия, тем сильнее будет давление на поршень при сгорании смеси и, следовательно, больше мощность двигателя. При увеличении степени сжатия от того же количества топлива можно получить больше полезной работы. Однако при чрезмерном увеличении степени сжатия происходит самовоспламенение рабочей смеси, и она сгорает с высокой скоростью – происходит детонация топлива, вызывающая неустойчивую работу двигателя. При детонации в двигателе появляется резкий стук, мощность снижается, и из глушителя выходит черный дым.