Третий такт - рабочий ход.
Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал. Возникающая сила заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.
В самом конце такта сжатия, рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода, сгорающая смесь начинает активно расширяться. А так как впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющиеся газы давят на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления, достигающего 40 кг/см2, начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила 2000 кг и более, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент. При такте рабочего хода, температура в цилиндре достигает 2000 градусов и выше. Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота.
Четвертый такт - выпуск отработавших газов
При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт) и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя. Коленчатый вал двигателя - при такте выпуска делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.
После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск... и так далее.
Полезная механическая работа совершается двигателем только в течение одного такта - рабочего хода! Остальные три такта называются подготовительными (выпуск, впуск и сжатие) и совершаются они за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции.
1.2. Газораспределительный механизм
Предназначен для впуска в цилиндры свежей горючей смеси и выпуска отработавших газов. На ГАЗ-53А применяется система газораспределения с верхним расположением клапанов (клапаны установлены в головке блока цилиндров).
Благодаря расположению клапанов непосредственно над полостью цилиндров, уменьшается сопротивление впуску горючей смеси и выпуску отработавших газов, что улучшает наполнение цилиндров, вследствие чего повышается литровая мощность двигателя и снижается удельный расход топлива.
Основными деталями газораспределительного механизма являются стальной распределительный вал, толкатели, штанги, коромысла, клапаны с пружинами.
Распределительный вал располагается в блоке между двумя рядами цилиндров. От него при помощи штанг и коромысел приводятся в действие клапаны правого и левого рядов цилиндров. Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала парой шестерен с косым зубом.
Клапаны в головке блока цилиндров располагаются с небольшим наклоном к оси цилиндров. У двигателей ГАЗ-53А имеются две линии клапанов, то есть по одному ряду а каждой головке.
Толкатели, передающие усилие от кулачков распределительного вала штангами коромысел, стальные пустотелые. Отверстие в нижней части толкателя служит для удаления накопившегося в ней масла.
Чтобы цилиндры лучше наполнялись горючей смесью и очищались от отработавших газов, начало открытия и закрытия клапанов должно совпадать с приходом поршня в верхнюю мертвую точку (крайнее верхнее положение поршня) и нижнюю мертвую точку (крайнее нижнее положение поршня). Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала по отношению к мертвым точкам поршня, называются фазами газораспределения. У двигателя ГАЗ-53А фазы газораспределения находятся в следующих пределах: выпускной клапан открывается с большим опережением (50 – 70 до нижней мертвой точки) и закрывается с запаздыванием (20 – 50 после верхней мертвой точки). Предварительное открытие выпускного клапана обеспечивает интенсивный вывод отработавших газов за счет достаточно высокого давления, сохраняющегося в цилиндре к моменту открытия выпускного клапана. Запаздывание закрытия выпускного клапана дает возможность лучше очистить камеру сгорания. Впускной клапан открывается с относительно небольшим опережением (20 – 25 до верхней мертвой точки) и закрывается с большим запаздыванием (60 – 85 после нижней мертвой точки), что улучшает условия поступления горючей смеси.
1.3. Система охлаждения позволяет поддерживать оптимальный тепловой режим двигателя (80 – 95 С) при различных условиях работы. У двигателей ГАЗ-53А применяется жидкостная система охлаждения. В теплое время года в систему охлаждения заливают воду, в холодное – антифризы.
К основным элементам системы охлаждения относятся: центробежный водяной насос, водяная рубашка, термостат, радиатор, вентилятор, соединительные патрубки и шланги.
Рубашка охлаждения двигателя состоит из множества каналов в блоке и головке блока цилиндров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.
Центробежный насос заставляет жидкость перемещаться по рубашке охлаждения двигателя и всей системе. Насос приводится в действие ременной передачей от шкива коленчатого вала двигателя. Натяжение ремня регулируется отклонением корпуса генератора или натяжным роликом привода распределительного вала двигателя.
Термостат предназначен для поддержания постоянного оптимального теплового режима двигателя. При пуске холодного двигателя термостат закрыт, и вся жидкость циркулирует только по малому кругу для скорейшего ее прогрева. Когда температура в системе охлаждения поднимается выше 80 – 85 С, термостат автоматически открывается и часть жидкости поступает в радиатор для охлаждения. При больших температурах термостат открывается полностью и уже вся горячая жидкость направляется по большому кругу для ее активного охлаждения.
Радиатор служит для охлаждения проходящей через него жидкости за счет потока воздуха, который создается при движении автомобиля или с помощью вентилятора. В радиаторе имеется множество трубок и «перепонок», которые образуют большую площадь поверхности охлаждения.
Вентилятор предназначен для принудительного увеличения потока воздуха проходящего через радиатор движущегося автомобиля, а также для создания потока воздуха в случае, когда автомобиль стоит без движения с работающим двигателем. Перед вентилятором установлены жалюзи, позволяющие регулировать количество воздуха, проходящего через него.
Патрубки и шланги служат для соединения рубашки охлаждения двигателя с термостатом, насосом, радиатором.
1.4. Система смазки предназначена для подачи масла к трущимся деталям, частичного их охлаждения и удаления продуктов износа. В двигателе ГАЗ-53А применяется комбинированная система смазки, то есть часть трущихся поверхностей смазывается маслом под давлением, а другая часть – самотеком и разбрызгиванием. К подшипникам коленчатого и распределительного валов масло подходит по каналам системы под давлением. Смазав, немного охладив и забрав с собой продукты износа, масло стекает обратно в поддон картера двигателя. При вращении коленчатого вала, его кривошипы ударяют по поверхности масла в поддоне картера, при этом образуются масляные брызги и туман, которые попадают на зеркало цилиндров, поршень и поршневой палец. Все движущиеся детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов как бы купаются в масле. Этим достигается высокая износостойкость узлов современных двигателей.
Основными частями системы смазки являются: поддон картера, шестеренчатый масляный насос, масляный фильтр, трубопроводы для подачи масла под давлением.
Поддон картера является резервуаром для хранения масла. Здесь установлен маслоприемник, из которого масло подается в шестеренчатый насос, имеющий две секции. Одна из них подает масло к трущимся поверхностям, другая направляет масло в радиатор для охлаждения.
Масляный фильтр служит для очистки проходящего через него масла от механических примесей. Он устанавливается сразу же после насоса и пропускает через себя все масло, которое поступает в масляную магистраль.
Вентиляция картера двигателя обеспечивает отсос из картера и отвод во впускной трубопровод паров бензина и выхлопных газов, которые попадают в нижнюю часть двигателя. Во время тактов сжатия и рабочего хода эти пары и газы частично прорываются по стенкам цилиндров в картер двигателя, разжижают масло и очень агрессивны по отношению к деталям кривошипно-шатунного механизма.
Вентиляция картера осуществляется принудительно за счет разряжения, которое создается у выходного отверстия вытяжной трубы во время движения автомобиля. Корпус воздушного фильтра соединяется с картером двигателя с помощью шланга, по которому картерные газы направляются сначала в карбюратор, а затем и в цилиндры на дожигание.
1.5. Система питания предназначена для хранения, очистки и подачи топлива, очистки воздуха, приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. На различных режимах работы двигателя количество и качество горючей смеси должно быть различным, и это тоже обеспечивается системой питания. В систему питания входят топливный бак, трубопроводы, фильтр-отстойник, топливный насос, фильтр тонкой очистки топлива, карбюратор, воздушный фильтр.
Топливный бак - это емкость для хранения топлива. От топливного бака к карбюратору бензин поступает по топливопроводам.
Топливный насос - предназначен для принудительной подачи топлива из бака в карбюратор.
Воздушный фильтр необходим для очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Фильтр устанавливается на верхней части воздушной горловины карбюратора.
Карбюратор предназначен для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. В зависимости от режимов работы двигателя карбюратор меняет качество (соотношение бензина и воздуха) и количество этой смеси.