Двигатель внутреннего сгорания - конструкция и назначение

Статья обновлена: 18.08.2025

Двигатель внутреннего сгорания – тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу. Его основное назначение – создание крутящего момента для привода колес автомобилей, вращения винтов судов, приведения в действие насосов и генераторов.

Конструкция ДВС базируется на кривошипно-шатунном механизме, преобразующем возвратно-поступательное движение поршней во вращение коленчатого вала. Газораспределительный механизм управляет впуском топливно-воздушной смеси и выпуском отработавших газов через клапаны.

Рабочий цикл двигателя включает четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Воспламенение смеси в камере сгорания осуществляется от электрической искры в бензиновых моторах или за счет сжатия в дизельных.

Основные типы ДВС: бензиновый и дизельный

Бензиновые двигатели работают на легком топливе с принудительным воспламенением смеси. Топливовоздушная смесь готовится во впускном тракте или непосредственно в цилиндре, после чего поджигается электрической искрой от свечи зажигания. Степень сжатия обычно составляет 8-12 единиц, что позволяет использовать относительно легкие конструкции.

Дизельные двигатели используют тяжелое топливо с воспламенением от сжатия. В цилиндр подается чистый воздух, который сжимается до степени 14-24 единицы, нагреваясь до 700-900°C. Топливо впрыскивается форсункой в конце такта сжатия и самовоспламеняется. Это требует повышенной прочности деталей из-за высоких нагрузок.

Ключевые различия

Параметр	Бензиновый ДВС	Дизельный ДВС
Топливо	АИ-92/95/98	ДТ (солярка)
Система зажигания	Искровая (свечи)	От сжатия (самовоспламенение)
Топливоподача	Карбюратор/инжектор	ТНВД + форсунки
КПД	25-30%	35-45%

Преимущества бензиновых двигателей:

Меньшая масса и шумность
Более простая холодная запуск
Высокая удельная мощность

Преимущества дизельных двигателей:

На 15-20% ниже расход топлива
Больший крутящий момент на низких оборотах
Повышенный ресурс (до 500+ тыс. км)

Конструктивные особенности дизелей включают усиленные шатуны, коленвал и блок цилиндров, а также наличие топливного насоса высокого давления (ТНВД). В бензиновых моторах критически важна точность работы системы зажигания и составления топливной смеси.

Одноцилиндровый двигатель: простейшая конструкция

Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания представляет собой базовую модель, наглядно демонстрирующую принцип работы ДВС. Он содержит минимальный набор компонентов, необходимых для преобразования тепловой энергии сгорающего топлива в механическое движение.

Конструктивно такой двигатель состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень. Поршень через шатун соединен с коленчатым валом, преобразующим возвратно-поступательное движение во вращательное. В верхней части цилиндра расположены клапаны (впускной и выпускной), управляемые газораспределительным механизмом, и свеча зажигания (в бензиновых версиях) или форсунка (в дизельных).

Ключевые элементы и принцип действия

Работа основана на четырехтактном цикле:

Впуск: Открыт впускной клапан, поршень движется вниз, засасывая топливовоздушную смесь.
Сжатие: Клапаны закрыты, поршень движется вверх, сжимая смесь.
Рабочий ход: Свеча поджигает смесь (или происходит самовоспламенение в дизеле), расширяющиеся газы толкают поршень вниз.
Выпуск: Открыт выпускной клапан, поршень движется вверх, выталкивая отработавшие газы.

Кривошипно-шатунный механизм обеспечивает преобразование движения: шатун связывает поршень с кривошипом коленвала. Маховик на конце вала сглаживает неравномерность вращения, накапливая энергию рабочего хода и обеспечивая инерцию для прохождения других тактов.

Особенности и применение

Преимущества одноцилиндровой схемы:

Простота изготовления и ремонта
Компактность и низкая стоимость
Наглядность рабочих процессов

Недостатки обусловлены минимальным числом цилиндров:

Значительная вибрация из-за дисбаланса
Ограниченная мощность и крутящий момент
Неравномерность хода (рывки)

Основные сферы использования:

Транспорт	Мопеды, скутеры, мотоциклы малого класса, мотокультиваторы
Оборудование	Генераторы, мойки высокого давления, бензопилы, газонокосилки
Обучение	Учебные стенды и демонстрационные модели

Многоцилиндровые двигатели: баланс мощности и вибраций

Конструкция многоцилиндровых двигателей позволяет распределить рабочий процесс на несколько камер сгорания, что обеспечивает плавную и непрерывную передачу крутящего момента на коленчатый вал. Увеличение количества цилиндров пропорционально повышает мощность без необходимости экстремального наращивания объёма отдельного цилиндра, что сохраняет оптимальные тепловые и механические нагрузки на детали.

Ключевым вызовом при разработке таких двигателей становится компенсация инерционных сил и моментов, возникающих из-за возвратно-поступательного движения поршней и вращения коленвала. Неуравновешенные силы провоцируют вибрации, снижающие комфорт, долговечность узлов и повышающие шумность. Для их подавления применяются различные схемы расположения цилиндров и инженерные решения.

Методы обеспечения баланса

Степень уравновешенности напрямую зависит от компоновки двигателя:

Рядные 4-цилиндровые: Имеют дисбаланс сил инерции второго порядка. Требуют балансирных валов для гашения вибраций.
V-образные 6-цилиндровые: Оптимально сбалансированы (первичные и вторичные силы взаимно компенсируются), часто не нуждаются в дополнительных валах.
Оппозитные (боксерские): Поршни движутся зеркально, что обеспечивает превосходное уравновешивание инерционных сил и низкий центр тяжести.

Дополнительные меры включают:

Установку балансирных (уравновешивающих) валов – вращающихся грузов, создающих встречные вибрации.
Точный расчёт массы деталей КШМ (поршней, шатунов) и динамическую балансировку коленвала.
Применение активных демпферов на шкивах или маховике, поглощающих колебания.

Компоновка	Кол-во цилиндров	Уровень баланса	Типичное применение
Рядная	6	Высокий (самоуравновешен)	Седаны, внедорожники
V-образная	8	Отличный	Грузовики, спорткары
Оппозитная	4 или 6	Превосходный	Subaru, Porsche

Выбор компоновки всегда представляет компромисс между мощностными характеристиками, сложностью производства, стоимостью и требованиями к плавности работы. Инженеры стремятся минимизировать паразитные колебания, используя оптимальное количество цилиндров, их расположение и вспомогательные системы, обеспечивая тем самым надёжность и комфорт эксплуатации силового агрегата.

Рабочий цикл: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания представляет собой последовательность четырёх тактов, повторяющихся в каждом цилиндре. Эти такты обеспечивают преобразование химической энергии топлива в механическую работу за счёт контролируемого сгорания топливно-воздушной смеси.

Каждый такт соответствует одному ходу поршня между мёртвыми точками (верхней и нижней). Полный цикл требует двух полных оборотов коленчатого вала в четырёхтактных двигателях.

Последовательность тактов цикла

Впуск (Всасывание):
- Впускной клапан открыт, выпускной закрыт.
- Поршень движется от Верхней Мёртвой Точки (ВМТ) к Нижней Мёртвой Точке (НМТ).
- Создаётся разрежение, засасывающее топливно-воздушную смесь (в бензиновых) или воздух (в дизельных) в цилиндр.
Сжатие:
- Оба клапана закрыты.
- Поршень движется от НМТ к ВМТ.
- Смесь (или воздух) сжимается, резко повышая температуру и давление.
- В конце такта в бензиновых двигателях искра свечи зажигания поджигает смесь; в дизельных – впрыскивается топливо, самовоспламеняющееся от горячего воздуха.
Рабочий ход (Расширение):
- Клапаны остаются закрытыми.
- Газы от сгорания быстро расширяются, толкая поршень от ВМТ к НМТ.
- Это единственный такт, совершающий полезную работу – вращение коленчатого вала.
Выпуск (Выхлоп):
- Выпускной клапан открыт, впускной закрыт.
- Поршень движется от НМТ к ВМТ.
- Отработавшие газы выталкиваются через выпускной коллектор в атмосферу.

Цикл завершается, и процесс повторяется. Синхронизация открытия/закрытия клапанов и момента зажигания (впрыска) строго контролируется механизмом газораспределения и системой управления двигателем.

Блок цилиндров: основа двигателя

Блок цилиндров представляет собой цельную литую деталь из высокопрочного чугуна или алюминиевого сплава, формирующую основу двигателя внутреннего сгорания. В его цилиндрических отверстиях (гильзах цилиндров) перемещаются поршни, а внутренние каналы (рубашка охлаждения) обеспечивают циркуляцию охлаждающей жидкости для отвода избыточного тепла.

К блоку жестко крепятся все основные узлы двигателя: головка блока цилиндров (при помощи шпилек), коленчатый вал (в опорных постелях), масляный поддон (снизу) и элементы навесного оборудования. В его конструкции предусмотрены масляные каналы для смазки трущихся поверхностей и крепёжные площадки для установки агрегатов.

Ключевые элементы и функции

Основные компоненты и назначение блока:

Цилиндры: направляющие для поршней, образуют рабочий объем.
Опо́ры коленвала (коренные подшипники): обеспечивают вращение коленчатого вала.
Рубашка охлаждения: система полостей вокруг цилиндров для циркуляции ОЖ.
Масляные магистрали: каналы для подачи масла к подшипникам и другим узлам.
Привалочные плоскости: поверхности для герметичного монтажа ГБЦ и поддона.

Материалы изготовления:

Чугун	Высокая прочность и износостойкость, но большой вес.
Алюминиевые сплавы	Снижение массы двигателя, лучший теплоотвод, сложнее в производстве.

Жёсткость конструкции критична для предотвращения деформаций под нагрузкой и сохранения геометрии цилиндров. Износ гильз или постелей коленвала требует дорогостоящего ремонта или замены всего блока.

Поршневая группа: кольца, пальцы, шатуны

Поршневая группа обеспечивает передачу усилия от расширяющихся газов к коленчатому валу через шатун, герметизирует камеру сгорания, отводит тепло от поршня и регулирует расход масла на стенках цилиндра. Она состоит из поршня, поршневых колец, поршневого пальца и шатуна.

Каждый компонент группы выполняет критически важную функцию и работает в экстремальных условиях высоких температур, давлений и скоростей. Надежность и точность изготовления этих деталей напрямую влияют на мощность, экономичность и ресурс двигателя.

Ключевые компоненты поршневой группы

Поршневые кольца устанавливаются в канавки на поршне и прижимаются к стенкам цилиндра. Их основные функции:

Уплотнение камеры сгорания: Компрессионные кольца предотвращают прорыв газов из камеры сгорания в картер двигателя.
Регулирование расхода масла: Маслосъёмные кольца соскребают излишки масла со стенок цилиндра, оставляя тонкую смазывающую пленку, и возвращают его в картер.
Теплопередача: Кольца передают значительную часть тепла от поршня к стенкам цилиндра и далее в систему охлаждения.

Тип кольца	Основная функция	Количество (типично)	Материал
Верхнее компрессионное	Основное уплотнение, восприятие максимальных температур и давлений	1	Легированный чугун, сталь с покрытием (хром, молибден)
Второе компрессионное (среднее)	Дополнительное уплотнение, поддержка верхнего кольца	1	Легированный чугун
Маслосъёмное	Съём излишков масла со стенки цилиндра	1 (состоит из 2-3 элементов)	Легированный чугун, сталь (часто комплект: расширитель + кольца)

Поршневой палец (поршневой палец) служит шарнирным соединением поршня с верхней головкой шатуна. Ключевые аспекты:

Имеет форму пустотелого цилиндра для снижения веса при сохранении прочности.
Изготавливается из высокопрочной легированной стали с цементацией или нитроцементацией поверхности.
Крепится в бобышках поршня: плавающе (свободно вращается и в поршне, и в шатуне) - наиболее распространенный тип, фиксируется стопорными кольцами.
Передает усилие от поршня к шатуну.

Шатун связывает поршневой палец с шатунной шейкой коленчатого вала, преобразуя возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленвала.

Конструкция: Имеет верхнюю (поршневую) головку, стержень (обычно двутаврового сечения) и нижнюю (кривошипную) головку.
Верхняя головка: Неразъемная, запрессовывается втулка (подшипник скольжения) из антифрикционного материала для вращения поршневого пальца.
Нижняя головка: Разъемная (крышка шатуна), крепится к шатуну болтами/шпильками. Содержит вкладыши шатунного подшипника скольжения, работающие на шатунной шейке коленвала.
Материал: Высококачественная легированная сталь (ковка), реже - титановые сплавы (высокофорсированные двигатели).

Коленчатый вал: преобразование возвратно-поступательного движения

Коленчатый вал служит ключевым элементом двигателя, преобразующим линейное перемещение поршней во вращательное движение, необходимое для передачи крутящего момента на трансмиссию. Он воспринимает огромные переменные нагрузки от давления газов и сил инерции, что требует высокой прочности и точной балансировки.

Конструктивно вал состоит из коренных шеек (опорных поверхностей для крепления в блоке цилиндров), шатунных шеек (соединяемых с шатунами поршней) и щёк, связывающих шейки между собой. Для противодействия дисбалансу часто интегрируются противовесы, компенсирующие центробежные силы.

Принцип работы и особенности

При движении поршня от ВМТ к НМТ шатун толкает шатунную шейку, создавая вращающий момент на коленчатом валу. Щёки преобразуют этот толчок в круговое движение. Угловое расположение шатунных шеек зависит от порядка работы цилиндров и конфигурации двигателя (V-образный, рядный).

Динамическая балансировка – обязательный этап производства для предотвращения вибраций;
Система смазки – масло подаётся под давлением к шейкам через каналы в блоке и валу;
Материалы – кованая сталь или высокопрочный чугун с закалкой поверхностей шеек.

Компонент	Функция
Коренные шейки	Обеспечивают вращение вала в подшипниках блока
Шатунные шейки	Соединяются с нижними головками шатунов
Противовесы	Уравновешивают инерционные силы

На переднем конце вала крепятся шкивы привода навесных агрегатов (генератор, ГУР) и демпфер крутильных колебаний. Задний конец соединяется с маховиком, накапливающим энергию для равномерного вращения и передачи усилия на сцепление.

Головка блока цилиндров: камера сгорания

Камера сгорания представляет собой герметичную полость в головке блока цилиндров (ГБЦ), где непосредственно происходит воспламенение топливно-воздушной смеси и преобразование химической энергии в тепловую. Ее геометрия и объем критически влияют на эффективность рабочего процесса двигателя: скорость горения, полноту сгорания топлива и уровень образования вредных выбросов.

Конструкция камеры сгорания интегрирована с клапанными механизмами и каналами для подачи воздуха/топлива и отвода отработавших газов. В бензиновых двигателях здесь также устанавливается свеча зажигания, а в дизельных – форсунка для впрыска топлива под высоким давлением. Точное позиционирование этих элементов относительно центра камеры обеспечивает оптимальное распространение фронта пламени.

Ключевые особенности и элементы

Форма камеры сгорания проектируется для достижения максимального коэффициента наполнения и минимальных тепловых потерь. Основные типы включают:

Полусферическую (Hemi): обеспечивает высокую мощность благодаря эффективному газообмену и компактной поверхности.
Клиновидную: упрощает изготовление и способствует завихрению смеси.
Шатровую: улучшает смесеобразование в дизелях.

Материал ГБЦ (чаще алюминиевый сплав или чугун) должен выдерживать:

Температуру	до 2000°C в зоне горения
Давление	50-100 бар (бензин), до 200 бар (дизель)
Тепловую нагрузку	неравномерный нагрев

Для герметизации стыка ГБЦ с блоком цилиндров применяется многослойная металлокомпозитная прокладка, устойчивая к прогоранию. Система уплотнения включает:

Кольца вокруг камер сгорания.
Уплотнители масляных каналов.
Гибкие элементы для водяных рубашек охлаждения.

Распределительный вал: управление клапанами

Распределительный вал (распредвал) является ключевым узлом газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания. Его основная функция – точное и своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов цилиндров в строгом соответствии с тактами работы двигателя и порядком работы цилиндров.

Вал представляет собой стальную или чугунную деталь сложной формы с эксцентричными элементами – кулачками. Количество кулачков соответствует количеству клапанов в двигателе (обычно по 2 кулачка на цилиндр для впуска и выпуска). Кулачок имеет тщательно рассчитанный профиль, определяющий момент начала открытия клапана, скорость его движения, высоту подъема и продолжительность открытия.

Принцип работы и взаимодействие с другими элементами

Распредвал вращается в подшипниках скольжения, расположенных в головке блока цилиндров или в блоке цилиндров (в зависимости от компоновки двигателя). Его вращение синхронизировано с вращением коленчатого вала через приводной механизм:

Цепной привод: Цепь соединяет звездочки на коленвале и распредвале(ах). Требует натяжителя и успокоителя.
Ременной привод (ремень ГРМ): Зубчатый ремень соединяет шкивы коленвала и распредвалов. Требует натяжного ролика.
Шестеренчатый привод: Шестерни напрямую соединяют коленвал и распредвал (чаще в старых или спецдвигателях).

Передаточное отношение привода всегда составляет 2:1: за два оборота коленчатого вала (полный рабочий цикл двигателя) распределительный вал совершает один оборот.

Кулачок распредвала воздействует на клапан не напрямую, а через промежуточные элементы:

Толкатели: Передают усилие от кулачка к клапану или коромыслу. Бывают механические (жесткие) или гидрокомпенсаторы (автоматически регулируют зазор).
Коромысла (рокеры): Качающиеся рычаги, преобразующие движение толкателя или непосредственно кулачка в движение клапана вниз (усилие на открытие). Ось коромысел обычно закреплена на головке блока.
Клапан: Под действием коромысла или толкателя преодолевает усилие пружины и открывает канал в головке блока. Закрытие происходит под действием возвратной пружины клапана, когда кулачок "уходит" из-под толкателя/коромысла.

Элемент привода	Основная функция	Особенности
Толкатель	Передача усилия от кулачка	Может быть с гидрокомпенсатором для автоматического устранения зазора
Коромысло (Рокер)	Преобразование движения толкателя/кулачка в движение клапана вниз	Обеспечивает необходимый коэффициент передачи усилия
Клапанная пружина	Возврат клапана в седло и его плотное закрытие	Работает на сжатие, требует точного расчета жесткости

Форма и расположение кулачков на валу строго определяют фазы газораспределения двигателя – моменты открытия и закрытия клапанов относительно положения поршня в цилиндре. Оптимизация фаз газораспределения напрямую влияет на мощность, крутящий момент, топливную экономичность и экологические показатели двигателя.

Клапанный механизм: впуск топлива и выпуск газов

Клапанный механизм обеспечивает своевременную подачу топливовоздушной смеси (или воздуха) в цилиндры двигателя и удаление отработавших газов после сгорания. Он состоит из клапанов (впускных и выпускных), пружин, направляющих втулок, толкателей, коромысел (рокеров) и распределительного вала с кулачками. Герметичность камеры сгорания в момент тактов сжатия и рабочего хода обеспечивается плотным прилеганием тарелок клапанов к сёдлам.

Распределительный вал, синхронизированный с коленчатым валом через цепь, ремень или шестерни, управляет открытием и закрытием клапанов. Кулачки на валу воздействуют на толкатели или коромысла, преодолевая усилие пружин и принудительно открывая клапаны. Впускные клапаны открываются на такте впуска для заполнения цилиндра, выпускные – на такте выпуска для отвода газов. Точная фазировка этих процессов критична для мощности, экономичности и экологичности двигателя.

Ключевые компоненты и их функции

Распределительный вал (распредвал): Обеспечивает цикличность работы механизма через профильные кулачки.
Клапаны:
- Впускные: Большего диаметра для эффективного наполнения цилиндра.
- Выпускные: Изготавливаются из жаропрочных сплавов.
Клапанные пружины: Закрывают клапаны после прохода кулачка, обеспечивая герметичность.
Толкатели/Коромысла: Передают усилие от кулачков распредвала к стержням клапанов.
Сёдла и направляющие втулки: Обеспечивают точное позиционирование и теплоотвод от клапанов.

Тип клапана	Фаза открытия	Основная функция	Особенности конструкции
Впускной	Такт впуска	Подача топливовоздушной смеси/воздуха	Больший диаметр тарелки
Выпускной	Такт выпуска	Отвод отработавших газов	Жаропрочные материалы, меньший диаметр

Современные двигатели часто используют системы изменения фаз газораспределения (VVT) и регулируемой высоты подъёма клапанов (Valvetronic) для оптимизации работы на разных режимах. Тепловые зазоры между элементами механизма строго нормированы и требуют периодической регулировки для предотвращения стука или ухудшения наполнения цилиндров.

Масляная система: смазка трущихся поверхностей

Масляная система обеспечивает непрерывную подачу моторного масла к подвижным деталям двигателя для уменьшения трения, отвода тепла и предотвращения коррозии. Без эффективной смазки возникают задиры на поверхностях, перегрев узлов и ускоренный издор компонентов.

Система работает по комбинированному принципу: критически важные элементы (коренные и шатунные подшипники коленвала, распредвал, поршневые пальцы) смазываются под давлением, а остальные детали (стенки цилиндров, кулачки распредвала, зубчатые передачи) – разбрызгиванием или стеканием масла.

Основные компоненты масляной системы

Поддон картера – резервуар для хранения масла с маслозаборником
Масляный насос – создает давление в системе (шестеренчатый или роторный тип)
Масляный фильтр – задерживает механические примеси и продукты износа
Редукционный клапан – ограничивает максимальное давление в системе
Масляные каналы – сеть отверстий в блоке цилиндров и ГБЦ для подачи масла

Параметр	Значение	Последствия нарушения
Рабочее давление	2-6 бар (на прогретом двигателе)	Масляное голодание при понижении, утечки при повышении
Температура масла	90-110°C	Загустевание (ниже нормы), потеря свойств (выше нормы)

Дополнительные элементы включают масляный радиатор для охлаждения смазки в высоконагруженных двигателях, датчики давления и температуры для контроля работы системы, а также сапун для вентиляции картерных газов.

Жидкостное охлаждение: поддержание рабочей температуры

Система включает рубашку охлаждения блока цилиндров и ГБЦ, насос для циркуляции антифриза, термостат, радиатор с вентилятором и расширительный бачок. Антифриз отводит избыточное тепло от нагретых деталей двигателя, предотвращая перегрев и деформацию узлов.

Циркуляция жидкости регулируется термостатом: при холодном пуске он блокирует поток к радиатору для быстрого прогрева, а при достижении 85–95°C открывает основной контур. Эффективность охлаждения обеспечивается принудительным обдувом радиатора вентилятором с датчиком температуры или электронным управлением.

Ключевые элементы системы

Радиатор: сотовая алюминиевая/медная конструкция с сотами для рассеивания тепла в атмосферу
Патрубки и шланги: гибкие соединения, устойчивые к давлению и температуре
Помпа (водяной насос): центробежного типа с приводом от ремня ГРМ или коленвала

Расширительный бачок компенсирует изменение объема антифриза при нагреве и содержит резерв жидкости. Датчики температуры передают данные на приборную панель и ЭБУ двигателя для корректировки топливоподачи и угла зажигания.

Компонент	Функция
Термостат	Автоматическое переключение между малым и большим кругом циркуляции
Вентилятор радиатора	Активируется при недостаточном обдуве на малых скоростях
Жидкость-охладитель	Смесь воды и этиленгликоля с антикоррозийными присадками (-40°C...+130°C)

Обслуживание требует регулярной замены антифриза (каждые 40-80 тыс. км) и контроля герметичности контура. Признаки неисправностей: перегрев двигателя, течи радиатора, заклинивание термостата в открытом/закрытом положении.

Карбюраторные системы: приготовление топливной смеси

Карбюратор выполняет ключевую функцию в двигателях внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием: создание горючей смеси из паров топлива и воздуха в строго определенной пропорции. Принцип его работы основан на эффекте Бернулли – разрежении воздуха в суженной части диффузора при прохождении потока, что вызывает подсос топлива из поплавковой камеры через жиклеры.

Точность дозировки компонентов смеси напрямую влияет на мощность двигателя, экономичность и токсичность выхлопных газов. Регулировка состава смеси ("бедная" или "богатая") осуществляется системой дозирующих элементов и корректируется в зависимости от режимов работы двигателя: холостого хода, средних нагрузок, полной мощности или резкого ускорения.

Основные компоненты карбюратора

Поплавковая камера: поддерживает постоянный уровень топлива с помощью запорного клапана и поплавка.
Диффузор (Вентури): создает зону разрежения для подсоса топлива через распылитель.
Дроссельная заслонка: регулирует объем поступающего в двигатель воздушно-топливного потока (управляется педалью акселератора).
Жиклеры: калиброванные отверстия для точной дозировки топлива (главный жиклер) и воздуха (воздушный жиклер).
Система холостого хода: обеспечивает подачу смеси при закрытой дроссельной заслонке.
Экономайзер/ускорительный насос: обогащает смесь при полной нагрузке или резком открытии заслонки.

Этапы приготовления смеси:

Воздух засасывается через воздушный фильтр в диффузор карбюратора.
Ускорение потока в сужении диффузора создает разрежение у распылителя.
Топливо поднимается из поплавковой камеры, смешивается с воздухом из эмульсионных каналов и распыляется.
Образованная эмульсия (пары топлива в воздухе) поступает во впускной коллектор и далее в цилиндры.

Режим работы	Состав смеси	Особенности регулировки
Холостой ход	Богатая (α≈0.6-0.8)	Подача через отдельный канал под дросселем
Средние нагрузки	Близкая к стехиометрии (α≈1)	Дозировка главной системой
Полная мощность	Богатая (α≈0.8-0.9)	Включение экономайзера
Ускорение	Резко обогащенная	Впрыск ускорительным насосом

Главным недостатком карбюраторных систем является инерционность реакции на изменение режимов и сложность точной адаптации состава смеси к переменным внешним условиям (температура, давление), что стало причиной их замены инжекторными системами в современных двигателях.

Инжекторный впрыск: электронное управление подачей топлива

Современные инжекторные системы заменяют карбюратор точным дозированием топлива через форсунки. Электронный блок управления (ЭБУ) анализирует данные датчиков в реальном времени, регулируя состав топливовоздушной смеси для оптимального сгорания.

ЭБУ непрерывно получает информацию о нагрузке двигателя, скорости вращения коленвала, температуре охлаждающей жидкости, содержании кислорода в выхлопных газах и положении дроссельной заслонки. На основе этих параметров микропроцессор рассчитывает длительность импульса впрыска и момент срабатывания форсунок.

Ключевые компоненты системы

Топливный насос: поддерживает постоянное давление в рампе (2.5-4 бар)
Электромагнитные форсунки: распыляют топливо во впускной коллектор или напрямую в цилиндры
Датчики: ДМРВ (расход воздуха), ДПКВ (положение коленвала), лямбда-зонд (состав выхлопа)
Регулятор давления: стабилизирует давление топлива в зависимости от разрежения

Принцип работы основан на фазированном впрыске, где каждая форсунка активируется индивидуально перед тактом впуска соответствующего цилиндра. ЭБУ корректирует длительность открытия форсунки (1-10 мс) по алгоритмам, заложенным в память контроллера.

Режим работы	Действие ЭБУ
Пуск холодного двигателя	Увеличение длительности впрыска
Резкое ускорение	Кратковременное обогащение смеси
Движение накатом	Полное отключение подачи топлива

Преимущества электронного управления: снижение расхода топлива до 15%, стабильная работа на всех режимах, автоматическая адаптация к износу двигателя, соответствие экологическим стандартам EURO. Точность дозировки топлива исключает проблемы карбюраторных систем - обледенение, переобогащение смеси и необходимость ручной регулировки.

Система зажигания: воспламенение смеси в бензиновых ДВС

Система зажигания предназначена для генерации высоковольтного электрического разряда, воспламеняющего топливовоздушную смесь в цилиндрах бензинового двигателя в строго заданный момент цикла. От точности срабатывания системы напрямую зависят мощность, экономичность, стабильность работы и экологические показатели ДВС.

Работа системы основана на преобразовании низкого напряжения бортовой сети автомобиля (12В) в импульсы высокого напряжения (15-30 кВ), которые подаются на свечи зажигания. Современные электронные системы управляются контроллером, синхронизирующим момент искрообразования с положением коленвала и режимом работы двигателя.

Ключевые компоненты

Источник питания – аккумуляторная батарея и генератор
Катушка зажигания – преобразует низкое напряжение в высокое
Транзисторный коммутатор – управляет первичной цепью катушки
Распределитель (в классических системах) – направляет импульс к свечам
Свечи зажигания – создают искровой разряд в камере сгорания
ЭБУ двигателя – рассчитывает оптимальный момент зажигания
Датчики (коленвала, распредвала, ДМРВ) – передают данные для синхронизации

Принцип работы:

ЭБУ анализирует данные датчиков (обороты, нагрузка, температура)
Контроллер определяет угол опережения зажигания и подает сигнал на коммутатор
Коммутатор размыкает цепь первичной обмотки катушки
Во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение
Импульс через высоковольтные провода поступает на свечу нужного цилиндра
Между электродами свечи возникает искра, воспламеняющая смесь

Энергия искрового разряда современных систем достигает 50-150 мДж при длительности 1-3 мс, обеспечивая стабильное воспламенение даже на обедненных смесях. Оптимизация момента зажигания позволяет сжигать топливо вблизи верхней мертвой точки поршня для максимального КПД.

Выпускной коллектор: отвод отработавших газов

Выпускной коллектор служит для сбора и отвода горячих отработавших газов из цилиндров двигателя в выхлопную систему. Он герметично крепится к головке блока цилиндров через специальные прокладки, обеспечивая минимальные потери энергии газового потока. Основная задача – эффективное удаление продуктов сгорания топливно-воздушной смеси с минимальным сопротивлением.

Конструктивно коллектор представляет собой набор сходящихся труб (по одной на каждый цилиндр), объединённых в общий приёмный патрубок ("штаны"). Геометрия труб рассчитывается для снижения противодавления и предотвращения взаимовлияния выхлопных импульсов соседних цилиндров. На современных двигателях часто интегрируется фланец для установки датчика кислорода (лямбда-зонда).

Ключевые особенности и требования

Эксплуатационные характеристики коллектора определяются:

Термостойкостью: постоянный контакт с газами температурой 700-1000°C
Равной длиной труб: для синхронизации волн разрежения и улучшения продувки цилиндров
Плавными изгибами: снижение турбулентности потока и потерь энергии

Материал изготовления	Преимущества	Типичное применение
Чугун	Высокая жаропрочность, низкая стоимость	Бюджетные серийные двигатели
Нержавеющая сталь	Меньший вес, коррозионная стойкость	Спортивные и форсированные моторы
Керамика/композиты	Теплоизоляция, снижение теплопотерь	Высокоэффективные турбодвигатели

В тюнинге применяют паук – коллектор с разделёнными каналами равной длины, который обеспечивает эффект сдвоенного импульса. Это ускоряет эвакуацию газов и повышает КПД двигателя на высоких оборотах. Для компенсации теплового расширения используются сильфонные компенсаторы, предотвращающие деформацию и растрескивание.

Система запуска: стартер и аккумулятор

Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, преобразующий электрическую энергию аккумулятора в механическую. Его основная функция – проворачивание коленчатого вала двигателя с частотой, необходимой для запуска. Конструктивно стартер включает корпус с обмотками возбуждения, якорь с коллектором, щеточный узел, тяговое реле и механизм привода (бендикс).

Аккумуляторная батарея (АКБ) служит источником тока высокой мощности для работы стартера. При запуске она обеспечивает ток в сотни ампер, что требует достаточной ёмкости и исправного состояния. Ключевые параметры АКБ – номинальное напряжение (12 В для легковых авто), пусковой ток (например, 500 А) и резервная ёмкость.

Принцип взаимодействия компонентов

При повороте ключа зажигания в положение "Пуск":

Ток от АКБ поступает на тяговое реле стартера
Реле срабатывает, перемещая бендикс для зацепления с венцом маховика
Одновременно замыкаются силовые контакты, подавая ток на электродвигатель
Вращающий момент через бендикс передаётся на коленвал

После запуска двигателя бендикс автоматически расцепляется благодаря храповому механизму, предотвращая повреждение стартера от повышенных оборотов.

Критичные требования к АКБ	Распространённые неисправности стартера
Низкое внутреннее сопротивление Минимальное падение напряжения под нагрузкой Соответствие пускового тока требованиям ТС	Износ щеток или коллектора Залипание тягового реле Пробуксовка муфты бендикса

Эффективность запуска напрямую зависит от согласованности характеристик стартера и АКБ. При понижении температуры требования к мощности системы возрастают из-за загустения моторного масла и снижения химической активности батареи.

Список источников

При подготовке материалов о назначении и устройстве двигателя внутреннего сгорания использовались авторитетные технические издания и нормативные документы. Это обеспечивает достоверное описание принципов работы, конструктивных элементов и классификации ДВС.

Основой для анализа послужили учебники для автомобильных специальностей, государственные стандарты и специализированные отраслевые ресурсы. Все источники содержат актуальные сведения по термодинамике, механике и эксплуатационным характеристикам двигателей.

Учебная литература
- Луканин В.Н. Двигатели внутреннего сгорания
- Орлин А.С. Теория поршневых и комбинированных двигателей
- Ильин А.М. Конструкция и расчет автомобильных двигателей
Нормативные документы
- ГОСТ Р 53633-2009 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Общие технические условия
- ГОСТ 10150-2021 Двигатели внутреннего сгорания. Методы испытаний
Справочные материалы
- Техническая энциклопедия Двигатели наземной техники под ред. Петрова С.В.
- Башта Т.М. Гидравлические системы автомобилей и тракторов
Отраслевые ресурсы
- Методические материалы НИИ Автомобильного транспорта
- Технические бюллетени SAE International (Society of Automotive Engineers)