Что представляет собой двигатель автомобиля

Создание двигателя Ferrari V8

Двигатель является, без сомнения, сердцем автомобиля. Новый двигатель Ferrari V8 — это вершина инженерного искусства. Данный силовой агрегат по праву дважды в 2016 и 2017 годах получил престижную международную премию “Двигатель года” и победил в категории “Самый производительный двигатель”.

Три ключевых линии производства отвечают за создание мотора V8: литейный, машинный и сборочный цеха.

Процесс начинается с плавления алюминиевых слитков. Получаемое сырье используется для блока цилиндров, картера, головки цилиндров и втулок клапанов. Несмотря на то что запах расплавленного металла распространяется повсюду, литейный цех Ferrari не является современным храмом Гефеста. Это яркое место, где важную роль играют роботы и высокотехнологичные машины, под чьим неусыпным контролем происходит литье в формы расплавленного при температуре около 750 градусов Цельсия алюминия. После охлаждения машина освобождает застывшие образцы.

Но это — только начало: далее процесс перемещается в машинный цех, где при соединении блока цилиндров и картера литейные формы начинают свой путь в качестве двигателя.

Пока это происходит, производятся коленчатые валы — самая важная часть любого двигателя. Создание из заготовки готовой детали представляет собой сложный процесс, занимающий около 25-ти рабочих дней. После термической обработки, растачивания и шлифования начинается процесс азотирования, при котором робот помещает детали в ванну с жидким азотом (минус 196 градусов Цельсия). Это место, где искусство и технологии идут рука об руку, а люди работают бок о бок с ласково названными роботами Ромео и Джульеттой.

Но для некоторых процессов, таких как удаление заусенцев и сглаживание грубых краев, участие человека незаменимо. Сотрудниками, выполняющими эти задачи, являются выпускники Ferrari Scuola dei Mestieri, проходящими преддипломную практику. Их талант и мастерство неоднократно проявлялись при решении сложных технических задач. В ходе разработки мотора V8, когда одни консультанты заявляли, что единственным способом преодоления определенных сложностей является снижение производительности двигателя, специалисты Ferrari, работая круглосуточно, семь дней в неделю, смогли добиться необходимого результата, не жертвуя ни одной лошадиной силой.

На сборочной линии все конструктивные элементы силового агрегата последовательно устанавливаются, перемещаясь по конвейеру между различными сборочными станциями. На завершающей стадии монтируются две турбины, и двигатель отправляется на стенд.

По завершении первого цикла тестирования устанавливается трансмиссия и проводятся итоговые проверки. Двигатель отправляется в кузовной цех, где “душа” Ferrari обретает свое физическое тело. И в этот момент начинается совершенно новая история.

Устройство современного двигателя

Шаг 2. Устройство двигателя. Как работает двигатель?

Молодцы ребята! Вы освоили шаг № 1, где вы узнали о б общем устройстве автомобиля. Теперь мы переходим к шагу №2, а именно к изучению отдельных агрегатов автомобиля.

Мы теперь понимаем, что автомобиль состоит из тысячи мелких деталей. Устройство автомобиля можно даже сравнить со строением человека : двигатель это сердце автомобиля, ходовая часть автомобиля это ноги, трансмиссия это опорно двигательный аппарат, кузов это туловище, система питания это желудок. Так можно сравнивать долго, а мы хотим узнать, как же устроен двигатель автомобиля.

Как человек не может существовать без отдельных своих органов, таких как сердце, печень, почки, так и автомобиль не может без своих агрегатов, механизмов, систем и деталей. Каждый орган выполняет свою функцию, обеспечивая оптимальную работу автомобиля.

Двигатель – это энергосиловая машина, которая преобразует тепловую энергию в механическую работу.

Объясняем : В цилиндр двигателя (из топливного бака, куда заправляем топливо) поступает бензин. Топливо воспламеняется и сгорает в цилиндре, вследствие чего выделяется огромное количество теплоты. Теплота действует на детали двигателя и заставляет их работать.

Какие двигатели бывают?

Двигатели могут устанавливаться не только на автомобили, но и на промышленных предприятиях, для выполнения каких либо работ. Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, называются транспортными.

Двигатели, которые используются на промышленном производстве, называются стационарными.

Непрерывная работа двигателя обеспечивается благодаря повторяющимся процессам в цилиндре, которые проходят в определенной последовательности.

Все процессы в двигателе, которые происходят во время его работы, называют рабочим циклом. По способу осуществления рабочего цикла двигатели разделяются на : двухтактные и четырехтактные.

Для сгорания топлива необходимо смешать его с воздухом в определенной пропорции. По способу смесеобразования двигатели бывают карбюраторные, дизельные и инжекторные.

Зачем смешивать топливо с воздухом, спросите вы?

Что такое вечный двигатель?

Вечный двигатель – это устройство, которое работает бесконечно, без топлива и энергии.

Давайте вспомним, что нужно для горения? Если вы хорошо учили химию, тогда вы должны помнить, что для реакции горения необходим кислород. Второе, что нам нужно это источник тепла : огонь или искра. Если еще дровишек подкинете, то будет замечательный костер, который мы так любим делать, на пикнике.

В бензиновом двигателе в роли источника тепла выступает свеча зажигания (принудительное воспламенение). В дизельном двигателе процесс воспламенения происходит от сжатия (самовоспламенение).

На каком топливе работает двигатель? В двигателе в качестве «дровишек», в отличие от костра, используется топливо. Карбюраторные и инжекторные двигатели работают на бензине. Дизельные двигатели работают на дизельном топливе. Есть еще двигатели, работающие на газу.

Еще, двигатели классифицируются по числу цилиндров (одно и много — цилиндровые) и их расположению ( V- образные, одно рядные), способу наполнения цилиндром свежим зарядом (без наддува, с наддувом) и охлаждению (жидкостное и воздушное).

Устройство простейшего двигателя

Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и систем, которые выполняют разные функции, но имеют общую цель – надежная и стабильная работа двигателя.

В цилиндре двигателя находится поршень 8 с поршневыми кольцами 9, соединенный с коленчатым валом 10 при помощи шатуна 2.

Поршень 8 двигается вверх-вниз, вращая коленчатый вал 10, который в свою очередь с помощью приводного ремня передает вращательное движение распределительному валу 6. На распределительном валу есть, кулачок, который при вращении нажимает на рычаг коромысла, в это время вторая часть коромысла открывает или закрывает впускной 4 или выпускной 7 клапаны.

Во время движения поршня вверх, горючая смесь сжимается, в это время свеча зажигания подает искру, сжатая смесь топлива и воздуха в цилиндре воспламеняется и сгорает, выделяется огромное количество газов с высокой температуры и давления и давят на поршень, опуская его вниз. Поршень через шатун вращает коленчатый вал. Таким образом, возвратно-поступательное движение поршня шатуна (вверх-вниз) преобразуется во вращательный момент коленчатого вала.

Почему двигатели современных машин изнашиваются быстрее старых

В наши дни ресурс мотора в 400 000 км считается достижением. В то время как два-три десятка лет назад такой рубеж был по сути нормой.

Снижение ресурса современных двигателей объясняется множеством факторов, и одним из главных является постоянное техническое усложнение конструктива и внедрение новых технологий. Компрессоры, турбонаддув, непосредственный впрыск, изменяемые фазы газораспределения, многоклапанные конструкции — все эти технологии сегодня поставлены на поток, иначе говоря, применяются не только в современных машинах, как было в прошлом веке, а даже в массовых гражданских автомобилях. Однако есть и много других причин преждевременной смерти моторов.

Не секрет, что ужесточение норм по вредным выбросам способствует усложнению конструкции силовых агрегатов, трансмиссии, равно как применению сложных ноу-хау.

Яркий пример — тотальное внедрение каталитических нейтрализаторов. При повреждении этой радеющей об экологии детали керамическая крошка рассыпавшейся начинки нейтрализатора может попасть в цилиндры и вызвать задиры — взаимное повреждение поверхностей трения при их работе без зазора. Сегодня такой диагноз ставят очень многим моторам, где нейтрализаторы имеют тенденцию к перегреву или плохо защищены от механических повреждений.

Конструкция трущихся элементов силового агрегата в наши дни также претерпела серьезные изменения. Общим направлением стало облегчение поршневой группы и других частей двигателя за счет снижения запаса надежности.

В результате, если еще пару десятков лет назад стенки цилиндров лишались следов хода продолжительное время, поршни медленно теряли слой металла на юбках, а зазоры в цилиндре росли черепашьими темпами, то сегодня картина иная. В частности, для снижения веса моторов сегодня применяются поршни с небольшой высотой и облегченной конструкцией. Между тем легкий поршень хуже отдает тепло цилиндру и в большей степени подвержен перегреву.

В то же время у современных силовых агрегатов в наши дни уменьшены монтажные зазоры, в результате защитный масляный слой между трущимися деталями получается более тонким. При серьезных нагрузках и перегреве пленка смазывающего вещества уже не в состоянии в полной мере выполнять свою защитную функцию. Результат — опять-таки образование задиров.

Что касается использования непосредственного впрыска топлива, такая технология существенно повышает возможности двигателя, но одновременно требует применения сложных компонентов с ограниченным ресурсом, которые уязвимы в силу точной конструкции, при жестких условиях работы и использовании некачественного топлива.

В свою очередь система турбонаддува предполагает увеличенные нагрузки на детали мотора из-за большей литровой мощности. Кроме того, система регулирования давления наддува может давать сбои. В результате турбокомпрессоры на бензиновых моторах редко ходят больше 150 000 км, причем проблемная турбина может со временем погубить и поршневую часть. Дело в том, что неисправный турбокомпрессор может оттянуть на себя львиную долю моторного масла, и в поддоне, и поршневой части в итоге лубрикант будет в дефиците.

Наконец, для повышения экологичности и экономичности современных моторов общим трендом стало увеличение рабочей температуры мотора. Для компенсации такой особенности были внедрены управляемые термостаты, которые позволят двигателю остывать под нагрузкой. Однако рост рабочих температур вызвал такой негативный побочный эффект, как рост темпов износа масла, равно как старения пластиковых и резиновых деталей мотора.

Самое интересное, что снижение ресурса силовых агрегатов и трансмиссий, как это ни парадоксально, на руку автопроизводителям. Львиная доля автокомпаний стремится контролировать ресурс таким образом, чтобы элемент служил гарантийный срок и не более. Иными словами, запас надежности, если число гарантийных проблем не зашкаливает, сегодня разработчиками не закладывается.

И, наконец, ключевой вопрос — как с учетом вышесказанного все же обеспечить силовому агрегату достойный ресурс, чтобы он проходил как минимум до завершения гарантийного срока и как максимум — его бы хватило на весь период эксплуатации машины.

Для этого необходимо прежде всего четко следовать рекомендациям автопроизводителя, не пренебрегать обкаткой, менять моторное масло вдвое чаще регламентного срока, в особенности если автомобиль эксплуатируется в сложных условиях — горной местности, регионах с экстремально холодным климатом, в режиме такси и так далее.

Кроме того, чтобы минимизировать шансы образования задиров на стенках цилиндров, следует исключить попадание песка и грязи в поршневую группу. Для этого при замене свечей следует тщательно очищать свечные колодцы, например, сжатым воздухом.

В противном случае, если просто взять и выкрутить свечи, грязь может попасть в камеру сгорания. Впускной тракт тоже может подсасывать пыль и песок по причине усохших резиновых прокладок и соскочивших трубочек различных механизмов. Соответственно вопросу герметичности выхлопа следует уделить повышенное внимание. Наконец, неопытные владельцы в спешке могут ненароком отправить порцию пыли на впуск при замене фильтра. Это обстоятельство также не стоит забывать.

Кроме того, следует контролировать состояние охлаждающей жидкости, следить за температурным режимом, не допускать перегрева агрегата и вовремя промывать радиаторы. Зимой после холодного пуска рекомендуется прогревать двигатель как минимум 5 минут, после чего двигаться, не давая больших нагрузок на мотор и трансмиссию как минимум четверть часа. И, разумеется, здоровье мотора напрямую зависит от качества топлива и моторного масла, равно как использования качественных воздушных и топливных фильтров.

Двигатели Chevrolet Traverse

Новый Traverse в базовой комплектации оснащается высокопроизводительным 3,6-литровым двигателем V6 (LFY), который обеспечивает оптимальное сочетание мощности и топливной экономич- ности. Двигатели предлагаются в паре с совершенно новой 9-ступенчатой автоматической короб- кой передач (M3V). 3,6-литровый двигатель V6 обязательно оправдает ожидания владельцев в отношении мощности. Он предоставляет 305 лошадиных сил и крутящий момент 360 H·м.

Технологии, применяемые в двигателях, устанавливаемых на автомобилях данного модельного ряда, включают в себя варианты компоновки с двойным верхним распределительным валом (DOHC), систему регулирования фаз газораспределения (VVT), прямой впрыск (DI) и технологию Stop/Start. Двигатели служат примером новаторских решений и доказали свою долговечность и надежность в реальных условиях эксплуатации потребителями, преодолев миллионы километров дорог.

3,6-литровый двигатель V6 (LFY)

3,6-литровый двигатель V6 (LFY) — GM впервые устанавливает его именно на Traverse — гарантирует оптимальный баланс мощности и экономичности. LFY использует вариант компоновки с двойным верхним распределительным валом (DOHC), систему регулирования фаз газораспределения (VVT) и прямой впрыск (DI), что позволяет оптимизировать мощность и расход топлива. Дополнительный выигрыш с точки зрения экономичности и производительности обеспечивает использование облегченных компонентов.

Встроенные выпускные коллекторы прикреплены к головке цилиндров, за счет чего вес снижается примерно на 5,9 кг по сравнению со стандартной конструкцией, а впускной коллектор из композитного материала экономит еще 2,49 кг по сравнению с алюминиевым аналогом. Вес снижается благодаря облегченной передней крышке и легким высокопрочным шатунам.

Некоторые особенности двигателя LFY:

• Интеллектуальная система Stop/Start в базовой комплектации.
• Алюминиевый блок цилиндров со встроенным картером.
• Блок цилиндров отлит из алюминиевого сплава A319, поэтому он легче стандартных чугунных блоков, что повышает топливную экономичность.
• Литой алюминиевый картер имеет ребра жесткости, что обеспечивает структурную жесткость и снижает вибрации в автомобиле.
• Поршневая группа с поршнями, охлаждаемыми путем орошения маслом.
• Масло под давлением распыляется в нижней части каждого поршня, а также попадает на стенки цилиндра, формируя дополнительный слой смазки.
• Таким образом снижается температура, поршни меньше страдают от возможной детонации, а двигатель может поддерживать максимальный крутящий момент и мощность при одновременном уменьшении шума.
• Встроенные выпускные коллекторы, прикрепленные к головке цилиндров.
• Специальная конструкция головки блока цилиндров ускоряет движение воздушного заряда для более эффективного сгорания в камере.
• Встроенные выпускные коллекторы, прикрепленные к головке цилиндров, помогают уменьшить вес и упрощают конструкцию.
• Прямой впрыск.
• Топливо подается ближе к свече зажигания, повышая эффективность сгорания.
• Такое решение обеспечивает снижение выбросов, в частности, во время холодного запуска двигателя.
• Два верхних распределительных вала с четырьмя клапанами на цилиндр и бесшумным приводом механизма газораспределения.
• Четыре клапана на цилиндр и привод с зубчатой цепью способствуют повышению плавности хода и мощности двигателя.
• Система регулирования фаз газораспределения (VVT).
• VVT, или система регулирования фаз для распределительных валов, обеспечивает оптимальную мощность и эффективность, а также сокращает выбросы.
• Система настраивает фазы на ходу, улучшая эксплуатационные характеристики двигателя в различных условиях.
• Впускной коллектор из композитного материала и полностью изолированные композитные крышки распределительных валов.
• Верхний впускной коллектор выполнен из композитного материала, поэтому он весит мень- ше, чем алюминиевый, а его тщательно проработанная конструкция обеспечивает более тихую работу двигателя.

Интеллектуальная технология STOP/START

3,6-литровый двигатель V6 оснащен интеллектуальной технологией STOP/START, Chevrolet впервые решил включить ее в базовую комплектацию.

По своей сути она мало чем отличается от технологий STOP/START, реализованных на других моделях Chevrolet. Тем не менее в этой модификации удалось обеспечить более тихую остановку и запуск двигателя с минимальной вибрацией — владельцы Traverse будут приятно удивлены тем, насколько плавно все работает. Эта система также умеет распознавать определенные маневры, например, когда водитель заезжает в гараж или паркуется задним ходом, а необходимость остановки/запуска теперь определяется более точно.

Принцип работы

Никаких действий со стороны водителя не требуется. Интеллектуальная технология Stop/Start автоматически заглушает двигатель, когда автомобиль останавливается при определенных условиях, например, на перекрестке, когда горит красный сигнал светофора. Это позволяет снизить расход топлива. Когда водитель убирает ногу с педали тормоза, двигатель автоматически запускается.

Система контролирует скорость автомобиля, режим работы климат-контроля и другие факторы, чтобы оценить целесообразность отключения двигателя. В некоторых ситуациях, например, при частых остановках во время городских пробок, двигатель заглушаться не будет. Функция остановки двигателя работает по определенному алгоритму. Повторный запуск двигателя произойдет примерно через две минуты, если водитель не убрал ногу с педали тормоза раньше.

Уникальные комплектующие системы Stop/Start:

• Стартер с двумя соленоидами обеспечивает более быстрый и плавный пуск, даже когда двигатель еще не полностью остановился.
• Уникальный преобразователь постоянного тока (DC-DC) помогает избежать скачков напряжения во время остановки/запуска, предотвращая кратковременное изменение интенсивности освещения, а также самопроизвольную перезагрузку или шумы в мультимедийной/информационно-развлекательной системе.
• Накопитель с электронным управлением удерживает давление трансмиссионной жидкости, чтобы удерживать сцепление и обеспечить возможность немедленного начала движения, когда водитель убирает ногу с педали тормоза.
• Подрамник двигателя гасит реакцию от крутящего момента и вибрации, связанные с повторным пуском, обеспечивая плавную и почти незаметную работу.

Испытания

3,6-литровые двигатели V6 были испытаны в соответствии со строгим регламентом GM, а это один из самых строгих наборов стандартов в отрасли для круглосуточного тестирования эксплуатацион- ных характеристик и долговечности двигателя. Регламент включает следующие тесты:

• Непрерывная работа двигателя в течение более 2000 часов при 5200 об/мин — 12 недель без перерыва при широко открытой дроссельной заслонке.
• Циклические испытания двигателя в течение 400 часов подряд (более 16 дней) при пиковой мощности и максимальном крутящем моменте — это изнурительный тест для вращающихся деталей, таких как коленчатый вал и шатуны.
• Испытание двигателя на поворотном стенде — динамометре с гидравлическим приводом, который наклоняет работающий двигатель, чтобы сымитировать движение по крутым склонам или вхождение в повороты на больших скоростях. Это помогает убедиться, что смазочная система способна поддерживать требуемое давление в экстремальных условиях.
• Испытания при экстремальных температурах, которые гарантируют, что двигатель запустится и будет нормально работать при температурах от –40 до 104 °C.
• Тестирование в акустической лаборатории для измерения звуковой частоты, чтобы гарантировать, что проектные комплектующие работают в штатном режиме, обеспечивают минимальную вибрацию и создают приятный звук работающего двигателя.