Техническая эксплуатация, диагностирование и ремонт двигателей внутреннего сгорания

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Список принятых сокращений……………………………………………………….6 
Введение……………………………………………………………………..………...8 

1. 
ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДВС…………………………………………………..……….9 

1.1. Что такое ПДВС? ............................................................................………….……………9 
1.2. Процессы в ДВС…………………………………………………..…….…..…………………………….11 
1.3. Энергетические показатели ДВС….…………………………………………………………...........14 
1.4. От чего зависит степень сжатия? 
……………………………………………………………21 

1.5. Основные показатели работы ДВС……………………………………….………………………….23 
1.6. Управление ДВС с количественным регулированием………………………….…………………..27 
1.7. Управление дизелем (ДВС с качественным регулированием)……………………………………28 
1.8. Что такое наддув?......................................................................................................................31 
1.9. Диаграмма фаз газораспределения…………………………………………...……………………….33 
1.10. Задачи управления ДВС……………………………………………………………………….………….37 
1.11. Как работает система управления BoschMotronic 1.3?..........................................................41 
1.12. Регулировочная характеристика ДВС по составу смеси…………………………………………45 
1.13. Регулировочная характеристика по УОЗ…………………………………………..………………….47 

2. 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ...................................................................................... …………………………...51 

2.1. Переходы энергии из одного вида в другой…………………..……… ..... …………………………..51 
2.2. Что такое электрический ток? ........................................................... …………………………..52 
2.3. Генерация электрического тока ........................................................... …………………………..54 
2.4. Что такое конденсатор? ...................................................................... …………………………..57 
2.5. Что такое индуктивность? ................................................................. …………………………..59 
2.6. Электрический ток в автомобиле ........................................................ …………………………..63 
2.7. Процессы, происходящие в топливной форсунке ................................ …………………………..64 
2.8. Процессы, происходящие в катушке зажигания ................................. …………………………..67 
2.9. Управление регулятором добавочного воздуха .................................... …………………………..72 
2.10. Требования к измерительной аппаратуре ............................................ …………………………..75 
2.11. Измерительные приборы ....................................................................... …………………………..77 
2.12. Оцифровывание сигнала ......................................................................... …………………………..79 
2.13. Согласование сигналов на примере силовых электрических цепей .... …………………………..83 

3. 
ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ....... …………………………...86 

3.1. Что такое система управления и как она работает ........................ …………………………..86 
3.2. Алгоритмы управления на основных режимах работы ДВС ............. …………………………..99 
3.3. Двигатель М50 с системой управления М3.1 ...................................... …………………………104 
3.4. Подсистемы бензиновых ДВС, алгоритмы управления ими на 
примере двигателя М54 ......................................................................... …………………………..108 

3.5. Подсистемы бензиновых ДВС и алгоритмы управления ими 

на примере двигателя N52 ..................................................................... …………………………114 

3.6. Двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина .................. …………………………123 
3.7. Бензиновые двигатели с наддувом ........................................................ …………………………130 
3.8. Особенности современных дизелей ...................................................... …………………………135 

4. 
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ 
И КОНТРОЛЬ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМ ДВС .......................... ……………………………………150 

4.1. Смазочная система .......................................................................………………………………..150 
4.2. Система охлаждения .................................................................. …………………………………170 
4.3. Топливная система ...................................................................... …………………………………192 
4.4. Впускной тракт, система вентиляции картера, выпускной тракт ………………………210 
4.5. Система зажигания и ее обслуживание ................................... …………………………………225 

4.6. Дополнительные агрегаты и их привод ..................................... ………………………………….229 
4.7. Система энергообеспечения автомобиля ................................. ………………………………….240 

5. 
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ДВС, НЕ ТРЕБУЮЩЕЕ 

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕЙСА ................ ……………………………………….251 

5.1. Проверка согласованности работы МГР и КШМ ................... ………………………………….251 
5.2. Проверка компрессии. Методы проверки компрессии ............. ………………………………….255 
5.3. Проверка состава топливовоздушной смеси ............................ ………………………………….264 
5.4. Проверка системы зажигания ................................................... ………………………………….271 
5.5. Нарушение работы двигателя с системой управления 

Bosch LE-JETRONIC .................................................................... ………………………………….284 

5.6. Нарушение работы ДВС из-за неправильной работы механизма газораспределения…….286 
5.7. Нарушение работы ДВС из-за снижения компрессии ............. ………………………………….288 
5.8. Нарушение работы ДВС из-за несоответствующего состава ТВС ……………………….290 
5.9. Нарушение работы двигателя из-за неисправностей системы зажигания ………………308 

6. 
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ДВС, 
ИМЕЮЩИХ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС ................................ ……………………………………….315 

6.1. Работа с диагностическим сканером ....................................... ………………………………….315 
6.2. Рассмотрение причин, по которым двигатель не запускается 

или прекращает работу .............................................................. ………………………………….318 

6.3. Нарушение работы ДВС ............................................................. ………………………………….328 
6.4. Регистрация пропусков воспламенения ..................................... ………………………………….345 
6.5. Неисправности дроссельной заслонки и электронного дросселя 
……………………….359 

6.6. Неисправности расходомеров воздуха ...................................... ………………………………….362 
6.7. Нарушение работы с обратной связью по λ-регулированию .. ………………………………….369 
6.8. Неисправности системы Valvetronic .......................................... ………………………………….372 
6.9. Неисправности компонентов шины BSD .................................. ………………………………….377 
6.10. Особенности диагностирования ДВС с непосредственным впрыскиванием ………………379 
6.11. Особенности диагностирования бензиновых ДВС с наддувом ………………………………..383 
6.12. Особенности диагностирования легковых дизелей ................. ………………………………….387 

7. 
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ СТАНЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ, 
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И РЕМОНТ ДВС ............................................... ……………………………………….403 

7.1. Организация станции технического обслуживания ................ ………………………………….403 

7.1.1. Задачи для станции технического обслуживания ............... ………………………………….403 
7.1.2. Понятие «Техническая диагностика» .................................. ………………………………….404 
7.1.3. Эволюция технологии диагностирования автомобилей ..... ………………………………….405 
7.1.4. Контрольно-диагностическое оборудование, используемое 

для диагностики и контроля работы ДВС ................................... …………………………..406 

7.1.5. Возможные сценарии пребывания автомобиля на СТОА ............. 407 
7.1.6. Первичная диагностика .................................................................. 408 
7.1.7. Основные признаки неисправностей, с которыми автомобиль поступает на СТОА….409 

7.2. Причины, характер изменения и факторы, влияющие на состояние двигателя 
……..410 

7.3. Критерии оценки состояния двигателя ............................................. …………………………..413 
7.4. Диагностические методики, позволяющие локализовать неисправности 
………………418 

7.5. Контроль изменения состояния ДВС ................................................. …………………………..424 

7.5.1. Оценка состояния цилиндропоршневой группы ............................ …………………………..424 
7.5.2. Оценка состояния кривошипно-шатунного механизма ............... …………………………..434 
7.5.3. Оценка состояния механизма газораспределения ........................ …………………………..438 

7.6. Метрология ........................................................................................... …………………………..444 
7.7. Измерительный инструмент, используемый при измерении деталей ДВС………………….448 
7.8. Измерение и ремонт деталей ДВС ..................................................... …………………………..451 

8. 
УГЛУБЛЕННОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ДВС ............................................... ……………………………….464 

8.1. Различные виды диагностического оборудования ............................. …………………………..464 
8.2. Недостатки штатной диагностики и неисправности, при диагностике которых 
требуется подключение дополнительного диагностического оборудования……………….466 

8.3. Работа дополнительного диагностического оборудования ............ …………………………..468 

8.3.1. Значение сигнала ДПКВ при проведении углубленной диагностики ……………………….468 
8.3.2. Обработка сигналов ДПКВ, работающих на различных физических принципах ……..469 
8.3.3. Определение ВМТ на основании сигнала ДПКВ ............................ …………………………..473 
8.3.4. Дальнейшая обработка сигнала датчика положения коленчатого вала, расчет 
скорости и ускорения коленчатого вала в программной среде Visual……………..……...475 

8.3.5. Обработка сигналов датчиков положения распределительных валов 

и сигналов активации клапанов системы Vanos .................................. …………………………478 

8.3.6. Регистрация и обработка импульсов системы зажигания ........ ………………………….482 
8.3.7. Регистрация и обработка импульсов управления форсунками, 

 подающих топливо во впускной коллектор……………………………………………………..486 

8.3.8. Регистрация и обработка сигналов топливных форсунок, 

 подающих топливо в камеру сгорания .......................................... ………………………….487 

8.3.9. Особенности регистрации при помощи ДК ДВС сигналов датчиков 
………………491 

8.4. Использование осциллограмм сигналов моторного жгута 

при углубленной диагностике автомобиля....................................... ………………………….491 

8.4.1. Рассмотрение начального этапа свободного разгона 

двигателей М50 и М60 
…………………………………………………………………….491 

8.4.2. Влияние перекрытия фаз газораспределения на неравномерность 

работы двигателя на холостом ходу ................................................... …………………………496 

8.4.3. Рассмотрение причин повышенной неравномерности работы 

двигателя М60 .................................................................................... …………………………500 
8.4.4.  Пропуски воспламенения. Неисправность катушки зажигания . ……………………….506 
8.4.5. Ошибочная регистрация пропусков воспламенения…………………………………………..510 
8.4.6. Оценка динамики ДВС……………………………………………………………………………….512 
8.4.7. Нарушение передаточных функций элементов СУ на примере загрязненного РДВ…………...514 
8.4.8. Использование акселерометров при диагностике стуков в ДВС…………………………………...519 
8.4.9.  Использование акселерометра при диагностике вибрации 

силового агрегата…………………………………………………………………………………..528 

8.5. Использование индицирования при диагностике ДВС……………………………………………531 
8.6. Использование логирования при диагностике……………………………………………………...536 

8.6.1. Что такое логирование?……………………………………………………………………………536 
8.6.2. Перспективы online диагностики…………………………………………………………………539 
8.6.3. Примеры использования логирования при диагностике автомобилей 
………………540 

9. 
ДАТЧИКИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ…………………………………….550 

9.1. Требования, предъявляемые к автомобильным датчикам………………………………………...550 
9.2. Различные принципы действия датчиков………………………………………………………………552 
9.3. Виды сигналов датчиков…………………………………………………………………………………554 
9.4. Ошибки при преобразовании измеряемой величины………………………………………………555 
9.5. Обеспечение надежности датчиков………………………………………………………………….557 
9.6. Тенденции развития технологий производства датчиков……………………………………….561 
9.7. Интеллектуальные датчики…………………………………………………………………………..563 
9.8. Обзор датчиков, работающих на различных физических принципах ……………………….564 
9.9. Калибровка датчиков……………………………………………………………………………………..567 
9.10. Потенциометрические датчики……………………………………………………………………...568 
9.11. Индукционные датчики частоты вращения……………………………………………………….570 
9.12. Датчики на вихревых токах……………………………………………………………………………573 
9.13. Магнитостатические датчики……………………………………………………………………….574 
9.14. Датчики ускорения и вибрации………………………………………………………………………..582 

9.15. Термические датчики ускорения………………………………………………………………………587 
9.16. Датчики давления………………………………………………………………………………………..587 
9.17. Датчики расхода…………………………………………………………………………………………...592 
9.18. Датчики температуры…………………………………………………………………………………599 
9.19. Датчики концентрации кислорода…………………………………………………………...………607 

10. 
СЕТЕВАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 
СОВРЕМЕННОГО АВТОМОБИЛЯ……………………………………………………………………….611 

10.1. Введение в системы счисления в информатике……………………………………………………612 
10.2. Методы передачи данных между удаленными устройствами. Канал связи 
………………616 

10.3.  Кабельные линии связи…………………………………………………………………………………619 
10.4. Интерфейсы………………………………………………………………………………………………626 

10.4.1. Методы цифрового кодирования………………………………………………………………..627 
10.4.2. Интерфейс RS232…………………………………………………………………………………..631 
10.4.3. Интерфейс RS485…………………………………………………………………………………..633 
10.4.4.  Интерфейс RS422 …………………………………………………………………………….636 
10.4.5. . USB……………………………….. 
…………………………………………………………..637 

10.4.5.1. 
Основные сведения ……………………………………………………………………637 

10.4.5.2. 
Разъемы USB соединений 
…………………………………………………………..639 

10.4.5.3. 
Физический уровень ……………………………………………………………………641 

10.4.5.4. 
Структура передачи данных 
………………………………………………….645 

10.4.5.5. 
Детальная структура передаваемых данных в сетях USB 
………………646 

10.4.5.6. 
Адресация 
……………………………………………………………………………..651 

10.4.5.7. 
Временные фреймы …………………………………………………………………….651 

10.4.5.8. 
Типы передачи данных 
…………………………………………………………...652 

10.4.5.9. 
Инициализация устройств …………………………………………………………...652 

10.4.5.10. 
Абстрактная структура стека USB 
…………………………………………652 

10.4.6. 
Шина CAN……………………………………………………………………………………..653 

10.4.6.1. 
Общие сведения. Назначение шины CAN и ее свойства.……………………….653 

10.4.6.2. 
Устройство шины CAN, уровни сигналов………………………………………….654 

10.4.6.3. 
Схема обмена данными по шине CAN………………………………………………657 

10.4.6.4. 
 Подробное рассмотрение отдельных элементов 

обмена данными по шине CAN……………………………………………………………658 

10.4.6.5. 
Доступ к передаче данных. Адресация. Арбитраж……………………………..660 

10.4.6.6. 
Дальность передачи…………………………………………………………………....662 

10.4.6.7. 
Синхронизация шины CAN…………………………………………………………….663 

10.4.6.8. 
Способ представления битов в физическом канале передачи данных и 
помехозащищенность …………………………………………………………………………...663 

10.4.6.9. 
Форматы кадров CAN…………………………………………………………………665 

10.4.7. 
Интерфейсы I2C и SPI…………………………………………………………668 

10.5. Сетевая структура автомобиля……………………………………………………………………..673 

10.5.1. .Сетевая модель ISO/OSI 
…………………………………………………………….673 

10.5.2. 
Межсетевой интерфейс……………………………………………………………………674 

10.6. Использование коммуникационных шин для диагностики автомобиля 
………………675 

10.6.1. 
Коды неисправностей……………………………………………………………………….675 

10.6.2. 
Стандарт OBD-2…………………………………………………………………………….678 

10.6.3. 
Диагностические сканеры………………………………………………………………….681 

10.6.3.1. 
Общие сведения………………………………………………………………………….681 

10.6.3.2. 
OEM-оборудование……………………………………………………………………..683 

10.6.3.3. 
Мультимарочные сканеры…………………………. ………………………………..685 

10.6.3.4. 
Диагностическое оборудование на базе ноутбука 

или смартфона и адаптера…………………………………………………………….686 

10.6.3.5. 
Информационно-диагностическая система 

послепродажного обслуживания концерна BMW……………………………………687 

10.7. Специализированные шины LIN, MOST и FLEXRAY………………………………………………..689 

10.7.1. .Шина LIN 
…………………………………………………………………………….689 

10.7.2. 
Шина MOST……………………………………………………………………………………697 

10.7.3. 
Шина FlexRay…………………………………………………………………………………697 

10.8. Пример топологии многофункциональной шинной системы, 

примененной в серийном автомобиле…………………………………………………………711 

10.8.1. 
Краткое описание……………………………………………………………………….711 

10.8.2. 
Обзор коммуникационных шин, примененных на 
 автомобиле BMW F01/F02……………………………………………………………..718 

10.8.2.1. 
Диагностическая шина D-CAN…………………………………………………718 

10.8.2.2. 
Кузовная шина CAN 1 (K-CAN 1)……………………………………………….719 

10.8.2.3. 
Кузовная шина CAN 2 (K-CAN 2)……………………………………………….720 

10.8.2.4. 
Шина CAN двигателя и трансмиссии (PT-CAN 1)………………………….721 

10.8.2.5. 
Шина CAN 2 двигателя и трансмиссии (PT-CAN 2)……………………….722 

10.8.2.6. 
Ethernet в автомобиле BMW F01/F02………………………………………….723 

10.8.2.7. 
FlexRay — использование на BMW F01/F02 …………………………………724 
 

10.8.2.8. 
Шинная система MOST…………………………………………………………………726 

10.8.2.9. 
Подчиненные (второго уровня) шины в автомобиле 

BMW F01/F02……………………………………………………………………………………728 

10.8.2.10. 
Обзор шины BSD на автомобиле BMW F01/F02………………………………….728 

10.8.2.11. 
Обзор шин LIN на автомобиле BMW F01/F02……………………………………..728 

10.8.2.12. 
Локальная шина CAN на автомобиле BMW F01/F02 
……………………….732 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………………733 

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ……………………………………………………………………..736 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………741 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список принятых сокращений 
 
DDE – электронный блок управления дизельным двигателем 
DISA – механизм изменения резонансного объёма впускного коллектора 
DME – электронный блок управления двигателем 
EGR – система рециркуляции отработавших газов 
EML – электронный дроссель 
EOBD – единый стандарт протокола автомобильного диагностического 
оборудования 
ICOM – согласующее устройство между автомобилем и персональным 
компьютером 
MAF – датчик массового расхода воздуха 
MAP – датчик абсолютного давления 
TPS – датчик положения дроссельной заслонки 
UDS – диагностический протокол, используемый концерном BMW для 
взаимодействия между контрольно-диагностическим оборудованием и 
электронными блоками автомобиля 
VAF – датчик объёмного расхода воздуха 
Vanos – механизм поворота распределительного вала относительно коленчатого 
VVT (Valvetronic) – механизм изменения максимальной высоты подъёма 
впускных клапанов 
АЗС – автозаправочная станция 
АКБ – аккумуляторная батарея 
АКПП – автоматическая коробка перемены передач 
АЦП – аналого-цифровой преобразователь 
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика 
БЦ – блок цилиндров двигателя 
ВВ – высоковольтный  
ВМТ – верхняя мертвая точка 
ВСХ – внешняя скоростная характеристика двигателя 
ВФ – воздушный фильтр 
ГБЦ – головка блока цилиндров двигателя 
ГУР – гидравлический усилитель рулевого управления 
ДАД – датчик абсолютного давления 
ДВС – двигатель внутреннего сгорания 
ДК – диагностический комплекс 
ДМРВ – датчик массового расхода воздуха 
ДПДЗ – датчик положения дроссельной заслонки 
ДПКВ – датчик положения коленчатого вала 
ДПРВ – датчик положения распределительного вала 
ДсИЗ – двигатель с искровым зажиганием 
ЗУ – запоминающее устройство 
ИД – индикаторная диаграмма 
КВ – коленчатый вал 
КВКГ – клапан вентиляции картерных газов 
КЗ – катушка зажигания 
КПД – коэффициент полезного действия 

КПП – коробка перемены передач 
КС – камера сгорания 
КШМ – кривошипно-шатунный механизм  
ЛЭП – линия электропередачи 
МГР – механизм газораспределения 
МКП – механическая коробка передач 
МФ – масляный фильтр 
НМТ – нижняя мёртвая точка 
ОГ – отработавшие газы  
ОЖ – охлаждающая жидкость 
ОУД – орган управления двигателем 
ПГБЦ – прокладка головки блока цилиндров 
ПДВС – поршневой двигатель внутренего сгорания 
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (микросхема памяти) 
ПКВ – поворота коленчатого вала 
ПО – программное обеспечение 
ПХХ – принудительный холостой ход двигателя 
РВ – распределительный вал 
РДВ – регулятор добавочного воздуха, он же клапан холостого хода 
СО – система охлаждения 
СТОА – станция технического обслуживания автомобилей 
СУ – система управления 
ТВС – топливовоздушная смесь 
ТК – турбокомпрессор  
ТНВД – топливный насос высокого давления 
ТО – техническое обслуживание 
ТОЖ – температура охлаждающей жидкости 
ТР – текущий ремонт 
ТС – топливная система 
ТФ – топливная форсунка 
ТФ – топливные форсунки или топливный фильтр 
УОЗ – угол опережения зажигания 
ФГР – фазы газораспределения 
ХОР – характеристика оптимального регулирования 
ХХ – холостой ход двигателя 
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь 
ЦПГ – цилиндропоршневая группа  
ШИМ – широтно-импульсная модуляция 
ЭБУ – электронный блок управления 
ЭДС – электродвижущая сила 
ЭПХХ – экономайзер принудительного холостого хода 
ЭСУД – электронная система управления двигателем 
ЭУР – электрический усилитель рулевого управления 
 
 
 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 

При подготовке специалистов по диагностике, техническому обслуживанию и 
ремонту автомобильных двигателей делается акцент на изучении их устройства, 
принципов функционирования, методов контроля их работоспособности и диагностики. 
Также важны знания о закономерностях изменения технического состояния двигателя в 
процессе эксплуатации, причинах этих изменений и их влиянии на показатели 
надежности и работоспособности автомобилей. 

Эти вопросы были подробно освещены в научной и учебной литературе, но 
изменение конструкции двигателей и их систем управления не позволяют использовать 
данные, полученные несколько десятилетий назад, для решения современных 
практических задач. 

В последние десятилетия отмечается значительное ускорение смены модельного 
ряда автомобилей. Выпуск одной модели, с учетом рестайлинга, длится 6…8 лет. 
Компании, выпускающие автомобили, организуют и их обслуживание. Поэтому с 
каждой новой моделью для обслуживающего персонала выпускается литература с 
мультимедийными приложениями, поясняющими устройство, работу и диагностику 
отдельных модулей автомобиля. Эта информация об особенностях конструкции и 
функционирования новейших ДВС является очень важной, так как исходит от 
первоисточника и имеет минимум неточностей. Существенными недостатками таких 
информационных ресурсов является узость освещения тем и ограниченность 
определенным технологическим процессом диагностики и ремонта. При этом упор 
делается на практическое применение сведений, часто без соответствующего 
теоретического обоснования. 

Задачей данного учебника является обобщение накопленной информации, ее 
согласование с теоретическими основами функционирования ДВС и практическим 
опытом по техническому обслуживанию, диагностике и ремонту ДВС современных 
автомобилей. 

Авторы книги занимаются обслуживанием и ремонтом автомобилей более 20 лет, и 
многие изложенные диагностические методики разрабатывались ими самостоятельно. 
При изложении материала авторы старались делать акцент на общие закономерности 
функционирования ДВС, их неисправности и диагностику, иллюстрируя это 
конкретными примерами из личной практики с современными автомобилями. 

Данный учебник помимо бумажной версии, имеет еще электронную, расширенную 
версию, содержащую цветной иллюстративный материал и видеоматериалы, 
поясняющие описание. Значок облака сообщает читателю о том, что в электронной 
версии учебника в данном месте имеется дополнительный материал. 

 

 

 

  

 

ГЛАВА 1 

ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПДВС 

Данная глава содержит сведения, понимание которых требуется для успешной 
работы с автомобилем. Предполагается, что читатель уже знаком с устройством и 
принципом работы двигателя, поэтому многие общие сведения, относящиеся к ДВС, 
отсутствуют, а акцент делается на моментах, которые растворены в большом объеме 
информации и часто ускользают от внимания молодого специалиста. 

В конце параграфов даны вопросы, ответы на некоторые из них отсутствуют в 
тексте данного учебника и требуют самостоятельных размышлений читателя. 

 

1.1. Что такое ПДВС? 

ПДВС (поршневой двигатель внутреннего сгорания) — машина, служащая для 
преобразования 
химической 
энергии 
топлива 
(обычно 
углеводородного) 
в 
механическую работу. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) определяет состав и 
структуру поршневого двигателя. Его вид представлен на рисунке 1.1.1, а. На рисунке 
1.1.1, б представлены основные детали V-образного 8-ми цилиндрового двигателя. 

 

Рис. 1.1.1: а — кривошипно-шатунный механизм; 
б — основные детали V-образного 8-ми цилиндрового двигателя 
 

Именно при помощи КШМ энергия возвратно-поступательного движения поршня 
преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. При движении вверх за счет 
кинетической энергии коленчатого вала и маховика поршень сжимает относительно 
холодную смесь воздуха и паров бензина. Давление при этом низкое, и усилие, 
затрачиваемое на сжатие, относительно мало. При подходе поршня к верхней мертвой 
точке (ВМТ) смесь поджигается искрой и сгорает, температура, а главное — давление, 
повышаются, и вниз поршень движется со значительно большим усилием, разгоняя 

коленчатый вал, увеличивая его кинетическую энергию. Чем больше сгорит топлива, 
тем значительнее повысятся температура и давление, тем с большим усилием шатун 
будет проворачивать коленчатый вал, тем с большим ускорением будет двигаться 
автомобиль. 

Соответственно, основными показателями работы ДВС являются крутящий момент 
на коленчатом валу и его угловая скорость или частота вращения. 

Теперь рассмотрим устройство и работу кривошипно-шатунного механизма. Для 
наглядности можно кинематику КШМ двухцилиндрового двухтактного двигателя 
(рис. 1.1.2) сравнить с кинематикой велосипеда. В двухтактном двигателе каждое 
движение поршня вниз, как и на велосипеде, движение вниз педали, сопровождается 
генерацией полезной работы. Как и на велосипеде – одна педаль движется вверх, 
другая – вниз, поршни такого двигателя движутся один вверх, другой – вниз. 
«Поршни» велосипеда – колени велосипедиста, «шатуны» велосипеда – голени 
велосипедиста, «шатунные подшипники» - педали, «коренной подшипник» - каретка. 
Если педаль находится вверху и давить на нее строго вниз, независимо от усилия, 
крутящий момент создаваться не будет. В двигателе тоже – при положении поршня в 
ВМТ, давящие на него газы не создают крутящий момент. Существенная разница 
заключается в том, что велосипедист может генерировать крутящий момент при 
нулевой угловой скорости, а коленчатый вал двигателя, для возможности получения 
крутящего момента, нужно сначала «запустить» - разогнать до определенной частоты 
вращения. 

 

Рис. 1.1.2. КШМ двухтактного двухцилиндрового мотоциклетного двигателя 
 

На рисунке 1.1.3 представлены некоторые принятые обозначения из теории 

поршневых ДВС. Поршень при прокручивании коленчатого вала совершает 
возвратно-поступательное движение между ВМТ (верхней мертвой точкой) и НМТ 
(нижней мертвой точкой). Точки называются «мертвые», потому что скорость поршня 
в этих точках равна нулю. Когда поршень находится в ВМТ, объем над поршнем -Vc – 
это объем камеры сгорания, когда поршень находится в НМТ, объем над поршнем – 
Va–это полный объем цилиндра, когда поршень перемещается из ВМТ в НМТ 
освобождаемый объем – Vh – это рабочий объем цилиндра. Когда поршень 
перемещается из НМТ в ВМТ рабочая смесь сжимается во столько раз, чему равна 
степень сжатия- ���� = Va/Vc. Коленчатый вал состоит из шатунных шеек и коренных 
шеек, соединенных между собой щеками. Коренная шейка – ось вращения 
коленчатого вала, шатунная шейка – ось вращения шатуна, расстояние между этими 
осями – радиус кривошипа. При перемещении поршня из ВМТ в НМТ ход поршня, 
обозначаемый обычно S – равен двум радиусам кривошипа r (S = 2r). В верхней 
головке шатун соединяется с поршнем при помощи поршневого пальца.  

 

Рис. 1.1.3. Некоторые принятые обозначения из теории поршневых ДВС 
 

Вопросы по теме  

«Что такое ПДВС?» 

1. Что такое степень сжатия? 
2. Что такое рабочий объем цилиндра? 
3. Назовите основные показатели работы ДВС. 

1.2. Процессы в ДВС 

При рассмотрении работы ДВС следует понять, в результате каких процессов 
происходит преобразование энергии. Важными процессами для преобразования 
энергии являются сжатие и расширение (рабочий ход), поэтому эти процессы можно 
рассматривать отдельно от процессов газообмена. 

Параметры рабочего тела при осуществлении рабочего цикла в ДВС 

В теории рабочих процессов смесь газов, находящихся в цилиндре над поршнем, 
принято называть рабочим телом. Считается, что в процессах сжатие – расширение 
масса рабочего тела остается неизменной, то есть утечки рабочего тела из цилиндра 
отсутствуют. Основными параметрами рабочего тела являются давление, температура 
и объем. Значения этих параметров постоянно меняются, но они связаны между собой 

законом состояния идеального газа - p V
const
T
⋅
=
 .Процессы сжатие – расширение 

подразумевают изменение объема:V1 – объем в начале сжатия, V2 – в конце,
- 

степень сжатия. 

 Как ведут себя при сжатии – расширении давление и температура, P и T? При сжатии 
давление и температура рабочего тела повышаются. Когда температура рабочего тела 
оказывается выше температуры стенок цилиндра, теплота от рабочего тела начинает 
передаваться окружающим деталям. Поэтому важным параметром процессов сжатие – 
расширение является теплообмен рабочего тела со стенками цилиндра. Для расчета 
значений давления и температуры в процессе сжатия используют следующие формулы 

- 
, 
2
1
n
p
p ε
=
⋅
, где n – показатель политропы, характеризующий 

интенсивность теплообмена ТВС со стенками цилиндра двигателя.  

На рисунке 1.2.1 представлен термодинамический цикл работы бензинового ДВС. В 
термодинамических циклах считается, что процессы сжатия и расширения происходят 
без теплообмена со стенками цилиндра и протекание всех процессов не зависит от 
времени. После адиабатического сжатия (линия ас) следует подвод теплоты (линия cz), 
соответствующий процессу сгорания. Подвод теплоты Q1 в цикле, отражающем работу 
ДсИЗ, происходит при постоянном объеме в положении поршня, соответствующим 
ВМТ. Затем идет расширение – линия zb. Для того, чтобы параметры рабочего тела 
вернулись в исходную точку – a, и цикл можно было повторить, от рабочего тела нужно 
отвести какое-то количество теплоты Q2, то есть рабочее тело нужно охладить. В 
реальном двигателе это происходит при газообмене – часть теплоты теряется с 
отработавшими 
газами. 
Полезная 
работа 
цикла 
lц 
отображена 
внутренней 

заштрихованной областью, КПД цикла при этом составит 
.  

Можно дать определение полезной работе цикла не через теплоту, а через разность 
работ. Отрицательная работа при сжатии – это сила от переменного давления газа на 
поршень умноженная на перемещение этого поршня. После подвода теплоты (сгорания) 
давление газа увеличивается в несколько раз, поэтому при расширении на поршень 
будет действовать большая сила, чем при сжатии, которая на том же пути совершит 
большую работу. 

1

2

V
V
ε
=

1
2
1
n
T
T ε
−
=
⋅

1
2

1

(
) 100%
Q
Q
Q
η
−
=
⋅

Рис. 1.2.1. Термодинамический цикл ДсИЗ 

Рассмотрим, как меняется теплообмен и показатель политропы в реальном 
двигателе. Ситуация, когда n>k,наблюдается в начале сжатия, когда теплота от 
нагретых стенок цилиндра подводится к рабочему телу. При дальнейшем сжатии 
температура повышается и начинается отвод теплоты от рабочего тела в стенки 
цилиндра – n<k. Сгорание – подвод теплоты – начинается на такте сжатия, при этом 
n>k. 
При 
нахождении 
поршня 
в 
ВМТ 
продолжается 
подвод 
теплоты, 
сопровождающийся ростом давления и температуры. В этот момент показатель 
политропыn→+∞. После завершения сгорания интенсивность отвода теплоты из-за 
увеличившегося перепада температур между рабочим телом и стенками цилиндра 
возрастает –nрасш<nсжат. 

На рисунке 1.2.2 представлен цикл работы четырехтактного поршневого ДВС и 
давление в цилиндре двигателя в зависимости от положения поршня - свернутая 
индикаторная диаграмма. В данном случае даже не принципиально, о бензиновом или 
дизельном двигателе идет речь. Название «Четырехтактный» говорит от том, что 
рабочий процесс – цикл – в двигателе происходит за четыре такта. Такт – перемещение 
поршня из ВМТ в НМТ или из НМТ в ВМТ, которое происходит за 180 градусов 
поворота коленчатого вала. Все процессы в ДВС принято рассматривать либо в 

функции положения поршня в цилиндре, либо в функции поворота коленчатого вала.  

 

Рис. 1.2.2. Четыре такта - цикл работы ДВС и соответствующее им давление в цилиндре 
 

Первым тактом цикла традиционно считается впуск– впускной клапан открыт 
(момент открытия впускного клапана – точка «a» на диаграмме, на подходе поршня к 
ВМТ) и поршень перемещается из ВМТ в НМТ. Под действием перепада давлений в 
цилиндр поступает топливовоздушная смесь (ТВС) (у бензинового двигателя) или 
воздух (у дизеля).  

Второй такт сжатие– клапаны закрыты (момент закрытия впускного клапана 
точка «В» на диаграмме, после прохода поршнем НМТ), поршень перемещается из 
НМТ в ВМТ. За некоторый угол ПКВ до ВМТ (угол опережения зажигания у 
бензинового двигателя, подается поджигающая искра, угол опережения впрыскивания 
у дизеля, начинается впрыскивание топлива).  

Третий такт – рабочий ход, клапаны закрыты, через 10 – 20 °ПКВ после ВМТ 
давление в цилиндре достигает своего максимума точка «z». 

 Четвертый такт выпуск– выпускной клапан открыт (момент открытия выпускного 
клапана – точка «d» на диаграмме, на подходе поршня к НМТ, момент закрытия – 
точка «e» на диаграмме, после прохождения ВМТ). 

Теперь рассмотрим параметры рабочего тела — давление и температуру — в процессе 
реализации рабочего цикла ДсИЗ. 

Можно считать, что давление в цилиндре в конце такта впуска — начале такта 
сжатия равно давлению во впускном коллекторе, а при полностью открытой 
дроссельной заслонке близко к атмосферному. Температура при этом на 20…50° выше 
температуры окружающей среды. 

В процессе сжатия ТВС сжимается во столько раз, какова степень сжатия, для 
бензинового ДВС эта цифра близка 10. Если бы процесс был изотермическим, т.е. 
температура в процессе сжатия не менялась (теплота отводилась бы от рабочего тела), 
то давление в конце сжатия было бы тоже в 10 раз больше, т.е. 10 бар. Но в реальном 
двигателе от рабочего тела отводится только часть теплоты, поэтому температура 
увеличивается. Поэтому к концу сжатия температура ТВС составляет 300…500 °С, 
а давление — 15…22 бара. 

В результате сгорания давление и температура рабочего тела значительно 
возрастают. Максимальное давление цикла регистрируется через 10…15° ПКВ после 
прохождения ВМТ и составляет 70…90 бар. Максимальная температура цикла 
составляет 2000…2500 °С. 

В процессе расширения газы совершают работу, часть теплоты отводится в стенки 
камеры сгорания. К моменту открытия выпуска давление газов в цилиндре составляет 
3,5…5,0 бар, температура — 900…1400 °С. 

Выпуск происходит под давлением 1,05…1,2 бара, температура отработавших 
газов при этом составляет 600…800 °С. 

Вопросы по теме  

«Процессы в ДВС» 

1. Как меняется тепловой поток в системе «рабочее тело — стенки цилиндра» в 
процессе сжатия? 

2. Как меняются давление и температура газов в цилиндре в процессах сжатия и 
расширения? 
 

1.3. Энергетические показатели ДВС 

Рассмотрим, каким образом химическая энергия топлива трансформируется в 
механическую работу. Поршень на такте сжатия движется вверх под действием 
возрастающего давления и, в случае отсутствия воспламенения, после прохождения 
ВМТ на такте расширения под тем же давлением пойдет вниз. Если не учитывать 
потери, то сколько энергии затрачено на сжатие, столько и выделится при 
расширении. Но на подходе к ВМТ ТВС поджигается искрой, говорят, что в процессе 
сгорания к рабочему телу подводится теплота. Температура и давление при этом 
многократно возрастают и поршень движется вниз под действием многократно 
большей силы. Чем больше ТВС (рабочего тела) было подано в цилиндр, тем 
большая работа будет совершена. 
На сжатии усилие малое – на расширении большое– таков принцип работы 
поршневого двигателя. 

В процессе последующего расширения газы совершают механическую работу – 
толкают поршень, и при этом их внутренняя энергия уменьшается.  

При рассмотрении характеристик двигателя обычно рассматриваются не 
параметры, характеризующие возвратно-поступательное движение поршня, а 
параметры, характеризующие вращение коленчатого вала. Угол поворота коленчатого 
вала (ПКВ) обычно обозначают φ «фи», ноль градусов ПКВ соответствует ВМТ 
первого цилиндра двигателя начала такта впуск. 

На рисунке 1.3.1 приведены силы, действующие в кривошипно-шатунном 
механизме в какой-либо произвольный момент рабочего хода. Давление сгорающих 
газов действует на поршень с силой – pг⋅Fп = p. Сила действия равна силе 
противодействия – сила от давления газовP, действующая вдоль оси цилиндра, должна 
быть уравновешена силойS, действующей вдоль оси шатуна. Ось шатуна с осью 
цилиндра 
составляет 
некоторый, 
постоянно 
изменяющийся 
угол, 
обычно 
обозначаемый ���� «бета». Вертикальная проекция силы S должна уравновешивать силу 
P, горизонтальная проекция силы S образует силу N, нормальную (перпендикулярную) 
стенке цилиндра.  

 
Рис. 1.3.1. Схема сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме 
 
Сила S в свою очередь раскладывается на силу K, действующую по радиусу 
кривошипа r и силу Т, перпендикулярную к нему и создающую крутящий момент. 
Т х r = Mi’ – мгновенный индикаторный крутящий момент на коленчатом валу. 
Мгновенный – значит действующий в данный момент времени, и этот крутящий 
момент постоянно меняется. 
Почему «индикаторный»? Регистрация давления в цилиндре в процессе работы 
двигателя называется индицированием ДВС. График давления в цилиндре, как 
функция угла поворота коленчатого вала – развернутая индикаторная диаграмма, как 
функция хода поршня – свернутая индикаторная диаграмма. Крутящий момент, 
полученный на основании индикаторной диаграммы называют индикаторным. На 
рисунке 1.13.1 приведена развернутая ИД, на рисунке 1.2.2 – свернутая. Как влияет 
индикаторный крутящий момент на работу двигателя? 

На рис. 1.3.2 представлены осциллограммы давления в цилиндрах, рассчитанный 
на их основании индикаторный крутящий момент и частота вращения коленчатого 
вала двигателя, установленного на моторном стенде.