Послушайте, так не годится. Перефразируя известные строки поэта Некрасова, инженером можешь и не быть, но знать азы всегда обязан. Вот и поговорим об азах.

Двигатель и происходящие в нем процессы преобразования энергии всегда следует рассматривать как единую систему.

Посмотрим на схему. В двигателе сгорает не топливо в чистом виде, а топливно-воздушная смесь. При этом объем всасываемого воздуха более чем в 10000 раз превышает объем сжигаемого жидкого топлива.

Схема преобразования энергии в безнаддувном двигателе внутреннего сгорания

Но участвует в сгорании не воздух как таковой, а содержащийся в нем окислитель – кислород. Именно его количество определяет, величину теплоты Q+, выделяемой при сгорании. Если подать топлива больше чем нужно, кислорода для полноценной реакции окисления (сгорания) просто не хватит. И вместо ожидаемого количества тепловой энергии получится неполное сгорание топлива. Это называется работой на обогащенных или переобогащенных смесях.

Но топливно-воздушная смесь может быть и обедненной. Или даже бедной. При бедной смеси топливо сгорает быстрее и при большей температуре. Такой процесс грозит двигателю перегревом. А для оптимальной работы двигателя воздух и топливо необходимо подавать в соотношении 14,7:1. Такую смесь называют стехиометрической.

При турбонаддуве или наддуве компрессорном в двигатель можно подать больше воздуха, чем при атмосферном давлении. Следовательно, в таком двигателе можно получить больше полезной работы, чем в безнаддувном.

Но в любом случае при сгорании топливно-воздушной смеси образуются отработавшие газы, которые выпускаются в окружающую среду вместе с остаточным теплом Q_A (см. схему выше).

Чтобы максимально снизить загрязнение окружающей среды вредными веществами, необходима обработка выхлопных газов в каталитических нейтрализаторах и/или фильтрах, что широко применяется в настоящее время. Но любые меры по очистке выхлопа почти всегда сопровождаются увеличением потребления энергии и ростом расхода топлива.

Последовательность работы бензинового двигателя внутреннего сгорания такова:

• впуск топливно-воздушной смеси;
• сжатие топливно-воздушной смеси;
• воспламенение и сгорание сжатой смеси;
• расширение продуктов горения с ростом давления;
• выпуск продуктов сгорания (отработавших газов).

Важное замечание по дизелю: в его цилиндрах сжимается не смесь, а чистый воздух. При этом его температура резко возрастает. И тут в цилиндр впрыскивается дизельное топливо, которое самовоспламеняется благодаря упомянутой высокой температуре.

Двигатели внутреннего сгорания бывают четырехтактными и двухтактными. Указанные процессы в них реализуется по-разному, но суть не меняется: полезная механическая работа получается именно при расширении продуктов горения.

Четырехтактный двигатель работает по хрестоматийному циклу «впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск», описанному в любом автомобильном учебнике. Но обратите внимание: один рабочий ход, т.е. одно расширение здесь приходится на два оборота коленчатого вала.

Управление потоками топливно-воздушной смеси и отработавших газов в четырехтактных двигателях осуществляется газораспределительным механизмом (ГРМ) с помощью клапанов. Впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются в соответствии с этапами рабочего цикла. Для синхронизации этого процесса с движением поршня необходим привод клапанов от коленчатого вала. Наиболее распространены три типа привода: ремень ГРМ, цепная передача, шестеренчатая передача.

Четырёхтактный цикл

В двухтактных двигателях один рабочий ход (т.е. одно расширение) приходится на один оборот коленчатого вала. Как так может быть? А вот как: управление рабочим пространством выполняется самим поршнем, открывающим и закрывающим специальные продувочные окна в цилиндре. Благодаря продувочным окнам и другим особенностям конструкции такты удается совместить.

Двухтактный цикл

Сегодня применение двухтактных двигателей существенно сузилась. Главная роль принадлежит двигателям четырехтактным. Это связано прежде всего с большими энергетическими потерями двухтактных моторов. Судите сами: значительная часть воздушного потока уходит прямо на выхлоп. Длина выпускных окон нередко составляет почти половину хода поршня! Из-за этого при расширении горящей смеси совершается сравнительно мало полезной работы. Кроме того, из-за необходимости смазки поршня продувочные окна в цилиндре становятся дополнительным источником вредных выбросов. Плюс к этому возникают проблемы смазки подшипников коленчатого вала.

В наши дни двухтактные схемы используются либо в маленьких и легких моторах (типичный пример – газонокосилки), либо в громадных низкооборотных судовых двигателях.

А ведь когда-то двухтактники широко применялись на автомобильном транспорте – как за рубежом, так и у нас. Отдавая им должное, приведем в качестве примера советский междугородный автобус ЗИЛ-127 с ярославским двухтактным дизелем ЯМЗ-М206Д.

Автобус ЗИЛ-127 (ранее ЗИС-127) с двухтактным дизелем ЯМЗ-М206Д. Двигатель расположен в задней части кузова

Далее мы кратко остановимся на некоторых узлах и системах, так или иначе связанных с возможными неисправностями двигателя. Именно кратко и лишь на некоторых, поскольку подробное их описание заняло бы несколько томов.

Современный двигатель немыслим без электронных систем управления. Благодаря им удалось упростить диагностику и снизить трудозатраты на обслуживание и ремонт. Кроме того, электроника защищает компоненты двигателя от чрезмерной нагрузки.

Однако даже самые лучшие электронные системы не способны «оздоровить» двигатель, если его механическая часть не соответствует требованиям к рабочим процессам. Также электроника не может устранять внешние причины, приводящие к неисправностям – например, визиты грызунов в подкапотное пространство. Придет крыса или не придет, погрызет ли проводку и шланги – дело случая. Однако система распознает последствия такого визита. Коды неисправностей и ошибок, которые блоки управления сохраняют в памяти весьма полезны для анализа повреждений. Но для этого необходим сканер или компьютер со специальной программой.

Всевозможный тюнинг для увеличения мощности также может стать причиной повреждений. Причина проста. Увеличение мощности возможно только при увеличении теплового потока. При этом тепловая нагрузка на компоненты двигателя возрастает. В результате могут появляться трещины и другие разрушения вплоть до прогорания поршней, клапанов или головки блока цилиндров.

Неправильно (и даже недопустимо!) добавлять во всасываемый воздух вещества, выделяющие дополнительный кислород. Например, впрыскивать закись азота N₂O. С ее помощью создается химический заряд, позволяющий получить при сгорании топливно-воздушной смеси дополнительную мощность. Однако при таком режиме работы резко возрастают тепловые и механические нагрузки на двигатель. Скажем больше: они существенно превосходят величины, заложенные конструкторами. Кроме того, при таком «подстегивании» горения каталитический нейтрализатор также страдает от перегрева.

 Повреждения керамического элемента каталитического нейтрализатора от перегрева

Любой двигатель имеет системы фильтрации воздуха, топлива, моторного масла и других сред и субстанций – вспомним хотя бы сажевый фильтр в дизеле или фильтр паров топлива (адсорбер). Как и любые компоненты двигателя, фильтры способны работать лишь до определенных пределов. Поэтому их необходимо заменять или очищать строго по регламенту.

Прокладка головки блока цилиндров на первый взгляд деталь простая. Однако она отвечает за герметичность стыка «блока-головка». Это уплотнение должно выдерживать воздействие горячего газа, пульсирующего давления, а также агрессивного моторного масла и охлаждающей жидкости. А уплотняемые детали, блок и головка, должны соответствовать требованиям по кривизне и шероховатости стыковочных поверхностей. Решающее значение для герметичности имеет порядок и момент затяжки крепежных болтов или шпилек. Кстати, современные стальные многослойные прокладки позволяют отказаться от подтягивания крепежа в процессе эксплуатации.

Пока достаточно. А резюме таково. При анализе причиненного поломками ущерба необходимы знания режимов работы двигателей и функций его отдельных компонентов. Однако с важной оговоркой – двигатель в этом анализе следует рассматривать как единую систему, о чем уже говорилось в начале публикации.