Как работают поршни в двигателе ваз
В скольких десятках статей мы с вами, друзья, обсуждали нюансы работы двигателя внутреннего сгорания. ГРМ, форсунки, зажигание, выпуск. Но не разбирали главного: а как это всё взаимосвязано, так сказать, глобально? Как работает ДВС в принципе? За счёт чего он "крутится" и не останавливается, пока не повернёшь ключ? Вот сегодня и рассмотрим этот коренной момент. Да, в сети есть гигатонны статей на эту тему, но они, на мой взгляд, по большей части занудны и не всегда понятны. Я же попробую рассказать "на пальцах", как всегда. Ну и анимация нам в помощь.
Что двигается внутри?
Есть некая идеально-выточенная (до тысячных долей миллиметра) "труба". Это цилиндр (что очевидно по геометрической форме). В него очень плотно вставляется цилиндрическая же подвижная часть - это поршень. Поршень непрерывно и циклически передвигается вверх-вниз по своей "трубе", и будучи связан некой палкой на двух осях с коленчатым валом , вращает его. Палка называется шатун , и превращает возвратно-поступательное движение поршня (то есть вверх-вниз) во вращательное движение коленчатого вала (по кругу).
Наверху, над поршнями, есть два вала называемых распределительными . Они "намертво" связаны с коленчатым валом цепью или ремнём, и вращаются всегда одновременно с ним. Задача распредвалов - вовремя открывать и закрывать клапаны над поршнями. Зачем нужны клапаны? Об этом далее.
За счёт чего двигаются поршни?
Чтобы толкнуть поршень вниз - то есть, заставить его надавить на шатун и провернуть коленчатый вал (коленвал) - необходима некая сила, которая вынудит его это сделать. В случае с двигателем внутреннего сгорания, это химическая энергия горения топлива, преобразуемая в механическую энергию движения поршней и всего остального. Но я обещал просто. Итак, что происходит в цилиндрах.
1) Сначала в цилиндр (для упрощения считаем его полностью герметичным) нужно добавить то, что будет гореть. Конечно, это топливо (в нашем случае бензин). Но ни один бензин не будет гореть в безвоздушной среде. Необходим окислитель - кислород, содержащийся в воздухе. Значит, подаём в цилиндр смесь бензина и воздуха. На этом этапе у нас открыт впускной клапан , откуда эта гремучая смесь и поступает. При этом цилиндр движется вниз, буквально засасывая эту смесь через клапан (как шприц воду, или тот же воздух). Этот такт называется впуск .
Логично спросить: ну а в самом начале-то, за счёт чего поршень движется вниз, если машина была незаведённой?! Отвечаю - есть такая штука как стартер, работающий автономно, от аккумулятора. Он и заставляет мотор сделать "первый вдох" с поворотом ключа на "старт". Стартер раскручивает коленвал тупо механически, своей шестерёнкой за маховик (это такое большое чугунное колесо в торце коленвала).
2) Отлично, взрывоопасная смесь в цилиндре! Но поршень-то уже внизу, а чтобы он начал "давить" на коленвал через шатун, он должен быть наверху! Да. Поэтому, за счёт движения других цилиндров (они обычно работают парно и асинхронно: два вверху, два внизу) и за счёт инерции вращения тяжеленного маховика , поршень снова идёт вверх. При этом, впускной клапан закрывается. Получается, что поршень, двигаясь вверх, сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре. При этом она, по всем законам физики, ещё и нагревается. Этот такт называется сжатие . Всё логично и не так сложно, не правда ли? :)
3) Все мы знаем о свечах зажигания . Когда поршень, дойдя до верха, максимально сжал смесь, свеча даёт электродугу (искру). Её достаточно для того, чтобы смесь воспламенилась. При этом мы помним, что так как она была неслабо сжата поршнем (скажем, в 10 раз от первоначального объёма), то и без того находилась под давлением. А учитывая что смесь ещё и горючая. В общем, взрыв, возникающий в цилиндре, вызывает резкое расширение газов . А так как на данном этапе камера сгорания герметична (все клапаны закрыты), единственный "выход" для этих газов - продавить подвижный поршень вниз. Это и есть тот момент, когда на поршень давят сгораемые газы, а поршень через шатун крутит коленвал, совершая полезную работу. Такт рабочего хода .
4) Ну и "финал-апофеоз" происходящего. Логично, что теперь продукты сгорания нужно вытолкнуть из цилиндра и повторить цикл заново. Когда поршень дошёл до нижней точки и совершил работу, он снова начинает двигаться вверх (помним, что другие поршни тоже трудятся и коленвал вращается непрерывно). Но теперь уже не сжимая заготовленную смесь, а выталкивая отработанные газы. Для этого на данном этапе открывается выпускной клапан, а далее газы поступают в выпускной тракт и на улицу, через выхлопную трубу. Вы удивитесь, но это называется такт выпуска .
Ну а далее всё снова повторяется: дойдя до верха, поршень снова бежит вниз, засасывая свежий воздух вперемешку с бензином.
После ремонта многие автолюбители путают порядок подключения проводов, так как не запоминают, как они шли до разборки. Если не соблюдать схему соединения цилиндров и распределения зажигания, то автомобиль просто не заведется. Порядок работы цилиндров ВАЗ-2109 всегда одинаковый, вне зависимости от типа двигателя.
Принцип работы четырехтактной силовой установки
Понять, почему важно правильно подключать высоковольтные провода можно, если вы изучите принцип работы силовой установки. Карбюратор или инжектор ВАЗ-2109 работают примерно по одному принципу, так как обе силовые установки являются четырехтактными.
Чтобы работал двигатель плавно и без рывков, процессы должны проходить в определенном порядке. Это, в первую очередь, касается порядка включения в работу цилиндров.
Рабочий процесс двигателя через цилиндры
Включение в работу цилиндров происходит следующим образом:
Исходя из принципа работы цилиндров, схема включения их выглядит следующим образом: 1-3-4-2. Важно подключить их правильно, чтобы цилиндры работали именно в таком порядке.
Как правильно подсоединить провода
При замене высоковольтных проводников сначала их подключают к распределителю зажигания. Крышка трамблера удобна тем, что устанавливается всегда в одном положении. На ней стоит специальная метка, благодаря которой разместит деталь на месте не составит труда. Прежде чем подключить провода, осмотрите крышку. Она должна быть целой, так как при появлении трещин работоспособность этого узла не гарантирована.
Метка на крышке трамблера располагается рядом с гнездом провода первого цилиндра. Порядок работы цилиндров слегка нарушен (1-3-4-2) из-за бегунка зажигания. Он движется по кругу (распределителю) против часовой стрелки. Именно по этому принципу движения бегунка, легко запомнить порядок расположения проводов. Подключать на карбюраторных и инжекторных ВАЗ-2109 их нужно по одному принципу. На крышке трамблера подключайте провода по принципу движения бегунка, только так вы сможете выставить зажигание правильно:
- у метки расположено гнездо первого цилиндра;
- в самом низу подключается третий;
- на одной линии с гнездом первого, располагается место для провода к 4-му цилиндру;
- в верхней точке подключается второй цилиндр.
На самом двигателе нумерация цилиндров идет от места расположения ремня ГРМ к стартеру, то есть слева направо. Ближе всего к стартеру располагается четвертый цилиндр, а к ремню ГРМ первый. При подключении важно смотреть из какого гнезда крышки трамблера идет провод, если перепутать их расположение автомобиль не заведется.
Если вы подключили провода правильно, но автомобиль все равно не заводится, то проблема может быть в них самих. Проверьте высоковольтные проводники на целостность. Если вы давно их не меняли, стоит купить новый комплект. Особенность этих проводов в том, что с течением времени на их поверхности могут образовываться микротрещины. Они приводят к отсутствию искры при работоспособной системе распределения зажигания. В эти трещины попадает влага и пыль, что портит провод изнутри, хотя снаружи он кажется целым.
Автолюбители рекомендуют приобретать комплекты высоковольтных проводов от зарубежных производителей, так как они служат гораздо дольше стоковых или отечественных. Вместе с проводами желательно заменить свечи, особенно если на их поверхности появились трещины или нагар. Это необходимо, чтобы после ремонта проблем с зажиганием у вас точно не возникало.
Порядок работы
Часто при ремонте двигателя возникает необходимость отсоединения высоковольтных проводов. Некоторые водители, отсоединив провода, не запоминают порядок, в котором они были установлены. В итоге может возникнуть путаница с проводами, а при неправильном их подключении машина не заведется. Чтобы избежать неприятной ситуации, нужно знать, как осуществляется порядок работы ДВС.
Принцип действия силового агрегата основан на таком свойстве газов, как способности расширяться при нагревании. Стандартный четырехцилиндровый двигатель работает в 4 такта:
Для того чтобы работа в многоцилиндровом двигателе осуществлялась плавно, а коленчатый вал не испытывал неравномерных нагрузок, необходимо, чтобы рабочие процессы осуществлялись в определенном порядке.
Существуют разные схемы, которые определяют, в какой последовательности будут функционировать цилиндры. В ВАЗ 2109 используется схема: 1-3-4-2. Нумеруют цилиндры начиная от передней крышки силового агрегата.
Если представить рабочий процесс двигателя через цилиндры, то порядок работы таков:
Возможные причины поломки
При работе ДВС возможны различные неисправности. Чтобы их обнаружить, следует выполнить следующую последовательность действий:
- Сначала надо завести машину. Мотор должен поработать на холостом ходу. В это время следует послушать, какие звуки исхдят из выхлопной трубы. Если слышны регулярные хлопки, то неисправен один из цилиндров. Причиной может быть неисправность свечей зажигания и отсутствие искры. Также неисправность может быть вызвана большим количеством поступающего воздуха или недостаточной компрессией в цилиндре.
- Необходимо осмотреть свечи. При наличии нагара, влаги или окисления, нужно почистить. Проверить зазор между электродами, который должен составлять 0,8 – 0,9 мм.
- Заменить все свечи зажигания независимо от их внешнего вида и пробега автомобиля.
- При нерегулярных выхлопах, нужно осмотреть высоковольтные провода. На их наконечниках должны отсутствовать следы окисления, изоляция не должна быть повреждена. При обнаружении дефектов провод следует заменить.
Если после выполненных действий проблемы остались, то нужно обратиться на станцию техобслуживания, чтобы пройти более точную диагностику двигателя ВАЗ 2109 и отрегулировать систему зажигания на стенде.
В этом обучающем видео рассказывается о том, как осуществляется работает система сгорания.
Поршневая группа двигателя включает в себя — поршень, поршневые кольца и поршневой палец. Общая конструкция поршневой группы сложилась еще в период появления первых двигателей внутреннего сгорания. С тех пор ни один из элементов поршневой группы не утратил своего функционального назначения.
Поршень, является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания.
Именно на эту деталь, выпадает основная нагрузка по преобразованию энергии расширяющихся газов в энергию вращения коленчатого вала. Свойства, которыми должен обладать поршень, трудно совместимы и технически тяжело реализуемы. Вот некоторые требования, которым должна соответствовать эта деталь:
— температура в камере сгорания может достигать более 2000°С а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С;
— после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя;
— зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания.
— изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства.
Очертания поршня за более стопятидесятилетнюю историю двигателя внутреннего сгорания мало изменились.
В конструкции поршня можно выделить несколько зон, каждая из которых, имеет свое функциональное назначение.
Днище поршня – поверхность, обращенная к камере сгорания. Днище, своим профилем, определяет нижнюю поверхность камеры сгорания.
Форма днища зависит от формы камеры сгорания, расположения клапанов, от особенности подачи топливо-воздушной смеси в камеру сгорания и объема самой камеры.
Днища разных моделей применяемых на двигателях ВАЗ приведены на рисунке. Поршни ВАЗ 21213 и ВАЗ 21230 отличаются нанесенной маркировкой. Маркировка наносится на поверхность рядом с отверстием под поршневой палец. На поршне ВАЗ 21213 нанесены цифры -"213", на модели ВАЗ 2123 — "23". На модели ВАЗ 21080, ВАЗ 21083, ВАЗ 21100 нанесена соответствующая маркировка — "08", "083", "10". Поршень 2108 имеет диаметр 76мм, модели 21083 и 2110 — 82мм. Поршни ВАЗ 2112 и ВАЗ 21124, имеют соответствующую маркировку — "12"и "24" и отличаются глубиной выборки под клапана. Модели 21126 и 11194 отличаются диаметром.
Читайте также: