Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Из чего состоит двигатель внутреннего сгорания — вопрос о составе и взаимодействии нескольких самостоятельных подсистем, объединённых единой задачей: преобразовать химическую энергию топлива в механическую работу на коленчатом валу. В основе любого поршневого ДВС лежат два механизма — кривошипно-шатунный (КШМ) и газораспределительный (ГРМ) — и пять обслуживающих систем: питания, охлаждения, смазки, зажигания (для двигателей с принудительным воспламенением) и выпуска.
Конструкция и материалы основных узлов автомобильных двигателей в Российской Федерации регламентированы серией межгосударственных и национальных стандартов: ГОСТ 14846-2020 (методы стендовых испытаний), ГОСТ 33670-2015 (термины и определения для автомобильных ТС), ГОСТ Р 53808-2010 — ГОСТ Р 53813-2010 (распределительные валы, гильзы, клапаны, пружины, толкатели, шатуны) и ряд других. Ниже разобраны корпусные детали, КШМ и ГРМ, обслуживающие системы и материалы, из которых изготавливают основные элементы.
Поршневой ДВС преобразует химическую энергию топлива в полезную работу через цикл из четырёх (для четырёхтактного двигателя) или двух (для двухтактного) тактов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. В каждом цилиндре протекает один и тот же цикл, сдвинутый по фазе относительно других, что обеспечивает равномерность вращения коленчатого вала и постоянный крутящий момент.
По способу воспламенения рабочей смеси ГОСТ 33670-2015 различает двигатели с принудительным зажиганием (бензиновые и газовые, в которых воспламенение инициирует электрическая искра) и дизели (двигатели с воспламенением от сжатия). Конструкция этих двигателей принципиально схожа, но детали дизеля тяжелее и рассчитаны на более высокое давление сжатия.
Базовый состав любого ДВС: корпусные детали (блок и ГБЦ), кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, обслуживающие системы.
Блок цилиндров — базовая деталь двигателя, к которой крепятся все механизмы и навесные агрегаты. В одной отливке блока выполняются картер, стенки рубашки охлаждения и гнёзда коренных подшипников коленчатого вала. В блок устанавливают цилиндры, или, если конструкция предполагает сменные гильзы, в него запрессовывают вставные гильзы цилиндров (требования к гильзам — ГОСТ Р 53809-2010).
Головка блока цилиндров (ГБЦ) закрывает блок сверху, формируя камеры сгорания. В ГБЦ выполнены впускные и выпускные каналы, установлены вставные сёдла и направляющие втулки клапанов, размещаются детали газораспределительного механизма, резьбовые отверстия под свечи зажигания (в бензиновых двигателях) или свечи накаливания и форсунки (в дизелях). Между блоком и ГБЦ устанавливается прокладка, обеспечивающая герметичность сопряжения; крепление выполняется шпильками или болтами.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует возвратно-поступательное движение поршней в непрерывное вращение коленчатого вала. Детали КШМ принято делить на подвижные и неподвижные.
К неподвижной части КШМ относят блок цилиндров с гильзами, ГБЦ, крышки коренных подшипников, картер маховика и сцепления, поддон картера, прокладки, крепёжные элементы, полукольца упорного подшипника коленчатого вала.
Поршень состоит из днища (головки), уплотняющего пояса с канавками под кольца и юбки. На поршне обычно размещают два-три компрессионных кольца и одно маслосъёмное; компрессионные кольца работают при высокой температуре и постоянных нагрузках, маслосъёмное снимает излишки масла со стенок цилиндра, чтобы оно не попадало в камеру сгорания.
Форма днища поршня — плоская, выпуклая или вогнутая с проточками под клапаны — определяется типом двигателя и схемой смесеобразования. В дизелях днище имеет специальную камеру, формирующую факел впрыска.
Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, синхронизированное с положением поршней. В подавляющем большинстве современных двигателей применяется верхнее расположение клапанов с приводом от распределительного вала (или валов), смонтированного в ГБЦ.
В четырёхтактном двигателе распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого, поскольку клапан должен открыться один раз за два оборота коленчатого вала. Число клапанов на цилиндр у современных автомобильных двигателей — два, три, четыре или пять; четырёхклапанная схема (два впускных + два выпускных) стала фактическим стандартом для большинства легковых двигателей.
Соблюдение углов опережения открытия и запаздывания закрытия клапанов критично для наполнения цилиндра и продувки. Системы изменения фаз газораспределения управляют положением распределительного вала относительно коленчатого, оптимизируя характеристики двигателя на разных режимах.
Система питания готовит и подаёт в цилиндры топливовоздушную смесь (бензиновый двигатель) или раздельно воздух и топливо (дизель). У бензиновых двигателей с распределённым впрыском смесеобразование происходит во впускных каналах перед впускными клапанами; у двигателей с непосредственным впрыском и у дизелей топливо подаётся форсунками непосредственно в цилиндр.
Система охлаждения отводит избыточное тепло от наиболее нагруженных деталей — ГБЦ, гильз цилиндров, выпускных каналов — и поддерживает оптимальный тепловой режим двигателя. Подавляющее большинство современных автомобильных двигателей — жидкостного охлаждения.
В качестве охлаждающей жидкости применяют водные растворы этиленгликоля с противокоррозионными, антипенными и стабилизирующими присадками. По ГОСТ 28084-89 ОЖ-К — концентрат, ОЖ-65 и ОЖ-40 — рабочие жидкости с температурой начала кристаллизации до минус 65 и минус 40 °C соответственно.
Этиленгликоль ядовит и относится к умеренно опасным веществам (3-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007). Работы с охлаждающими жидкостями требуют соблюдения мер безопасности; контакт с кожей и приём внутрь недопустимы.
Система смазки подаёт моторное масло к парам трения, отводит часть тепла от деталей, защищает от коррозии и уносит продукты износа. На современных автомобильных двигателях применяется комбинированная схема: основные пары трения смазываются под давлением, остальные — разбрызгиванием.
Система зажигания формирует высоковольтные импульсы и подаёт их на свечи в требуемой последовательности и в нужный момент рабочего цикла. Современные системы — статические электронные с индивидуальными катушками или схемой «двойного зажигания»; распределитель механического типа на новых двигателях не применяется.
Основные элементы: аккумуляторная батарея и генератор как источники питания; катушки зажигания, преобразующие низкое напряжение в высокое; свечи зажигания, инициирующие искру в камере сгорания (требования по ГОСТ Р 53842-2010); блок управления двигателем, рассчитывающий момент искрообразования. У дизелей система зажигания отсутствует — воспламенение топлива происходит от сжатия; для холодного пуска применяются свечи накаливания.
Система выпуска отводит отработавшие газы из цилиндров, снижает уровень шума и нейтрализует токсичные компоненты. В стандартный состав входят: выпускной коллектор (приёмник газов от цилиндров); каталитический нейтрализатор (на дизелях дополнительно сажевый фильтр); резонатор и глушитель; выпускная труба. На двигателях с турбонаддувом турбина встроена в тракт выпуска и использует энергию отработавших газов для привода компрессора впуска. Кислородные датчики (лямбда-зонды) контролируют состав отработавших газов и обеспечивают обратную связь для блока управления двигателем.
Выбор материалов определяется характером нагрузок, температурным режимом и требованиями к массе. В современном автомобилестроении блоки и ГБЦ выполняют из серого чугуна или алюминиевых литейных сплавов; нагруженные детали КШМ и ГРМ — из легированных сталей, специальных чугунов и термостойких сплавов.
Серый чугун марок СЧ20 и СЧ25 (по ГОСТ 1412-85) обеспечивает в стенках отливок толщиной 15–25 мм временное сопротивление при растяжении 200–250 Н/мм², высокую износостойкость и демпфирующую способность. Чугунный блок дешевле и долговечнее, но тяжелее алюминиевого. Алюминиевый литейный сплав (типичная марка — АК9ч/АЛ4 по ГОСТ 1583-93, плотность около 2,65 г/см³) значительно снижает массу двигателя и улучшает теплоотвод, но требует применения вставных стальных или чугунных гильз цилиндров либо специальных покрытий рабочих поверхностей.
Поршневой ДВС состоит из корпусных деталей (блока цилиндров с гильзами, головки блока цилиндров, поддона картера), кривошипно-шатунного механизма (поршни с кольцами и пальцами, шатуны, коленчатый вал, маховик, вкладыши подшипников) и газораспределительного механизма (распределительный вал, клапаны с пружинами, толкатели, привод ГРМ). К механической части добавляются обслуживающие системы: питания, охлаждения, смазки, зажигания (для бензиновых двигателей) и выпуска.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращение коленчатого вала. Подвижные детали: поршень, поршневые кольца, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, маховик, вкладыши коренных и шатунных подшипников. Неподвижные: блок цилиндров, гильзы, ГБЦ, крышки коренных подшипников, картер маховика и сцепления, поддон.
Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременную подачу свежего заряда в цилиндры и удаление отработавших газов. Базовые элементы: распределительный вал с кулачками, клапаны (впускные и выпускные) с пружинами и направляющими втулками, толкатели или рычаги, привод от коленчатого вала (ремень или цепь) с натяжителем. В четырёхтактных двигателях распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого.
Блок цилиндров выполняют либо из серого чугуна с пластинчатым графитом (низколегированные марки СЧ20 или СЧ25 по ГОСТ 1412-85), либо из алюминиевого литейного сплава системы Al–Si–Mg (например, АК9ч/АЛ4 по ГОСТ 1583-93). Чугун прочнее, износостойчее и гасит вибрации, алюминий легче и лучше отводит тепло, но обычно требует чугунных или стальных гильз цилиндров.
Поршни автомобильных двигателей отливают или штампуют из литейных алюминиевых сплавов группы силуминов по ГОСТ 1583-93. Для дизельных поршней с повышенными требованиями к жаропрочности применяют сплавы типа АК12М2МгН (АЛ25). Компрессионные кольца — из легированного чугуна, часто с пористым хромированием рабочей поверхности.
Коленчатый вал изготавливают из легированной стали (ковкой или горячей штамповкой) или из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ГОСТ 7293-85). Шатуны — стальные, с микроструктурой сорбита без включений феррита, как требует ГОСТ Р 53813-2010. Шатунные болты выполняют по ГОСТ Р 53557-2009, поршневые пальцы — по ГОСТ Р 53443-2009.
По базовой компоновке двигатели одинаковы: блок, ГБЦ, КШМ, ГРМ, обслуживающие системы. Отличия в деталях: дизели не имеют системы зажигания (воспламенение от сжатия), но оснащаются ТНВД и форсунками высокого давления, свечами накаливания для холодного пуска. Поршни и кольца дизеля тяжелее и рассчитаны на более высокое давление. На современных дизелях устанавливают сажевые фильтры в системе выпуска.
Низкозамерзающие охлаждающие жидкости по ГОСТ 28084-89: ОЖ-К (концентрат), ОЖ-65 и ОЖ-40 (рабочие жидкости с температурой начала кристаллизации до минус 65 и минус 40 °C). Основа — этиленгликоль с присадками, ядовитое вещество 3-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.
Прокладка головки блока цилиндров уплотняет стык между блоком и ГБЦ, разделяя камеры сгорания, каналы охлаждающей жидкости и масляные каналы. Конструктивно — многослойная (металлические листы с уплотнительными элементами), с окантовкой отверстий под цилиндры. Пробой прокладки приводит к попаданию охлаждающей жидкости в масло или в камеру сгорания и сопровождается падением компрессии и характерными признаками: белый дым из выхлопа, пузыри в расширительном бачке, эмульсия на масляном щупе.
На современном автомобильном двигателе выделяют пять обслуживающих систем: питания (топливный бак, насос, фильтры, форсунки, впускной коллектор), охлаждения (рубашка, насос, радиатор, термостат), смазки (поддон, насос, фильтр, магистрали), зажигания (катушки, свечи; только для двигателей с принудительным зажиганием) и выпуска (коллектор, нейтрализатор, глушитель). К ним добавляются система пуска и система управления двигателем.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.