Автомобиль от А до Я: устройство двигателя внутреннего сгорания
Новая рубрика, готовьтесь! Будет много познавательного текста с картинками.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) является сердцем автомобиля. Главная особенность этих двигателей заключается в том, что воспламенение топлива происходит внутри камеры сгорания (КС), а не в сторонних внешних агрегатах.
В процессе работы тепловая энергия, выделяемая, вследствие, сгорания топлива, преобразуется в механическую.
— легкие жидкие (газ, бензин)
— тяжелые жидкие (дизельное топливо)
— Бензиновые двигатели
Бывают двух типов: бензиновые карбюраторные и бензиновые инжекторные.
В первом случае смесеобразование (смешивания топлива с воздухом) происходит в карбюраторе или во впускном коллекторе с помощью форсунок. Далее, смесь попадает в цилиндр, сжимается и поджигается искрой от свечи.
Во втором же случае, топливо впрыскивается во впускной коллектор или в цилиндр с помощью инжекторов (распыляющие форсунки).
— Дизельные двигатели
Специальное дизельное топливо (ДТ) подается в определенный момент (не доходя до мертвых точек) в цилиндр под высоким давлением с помощью форсунки.
Движение поршня сжимает смесь еще сильнее, топливо нагревается, с последующим воспламенением горючей смеси (за счет высокого давления).
Такие двигатели характеризуются малыми оборотами и высоким крутящим моментом.
— Газовые двигатели
В качестве топлива, двигатель использует углеводороды. В основ, такие двигатели работают на пропане, но встречаются и другой газ в качестве топлива.
Главное отличие от других двигателей — высокая степень сжатия. Такие двигатели меньше изнашиваются благодаря тому, что топливо уже подается в газообразном состоянии. Также, экономичность газовых двигателей на лицо — газ дешевле бензина.
Стоит отметить и экологичность — отсутствует дымность двигателя.
— от искры (бензиновые)
— от сжатия (дизельные)
— Рядный двигатель
Наиболее распространенная компоновка, цилиндры расположены в один ряд перпендикулярно коленчатому валу. Такие двигатели просты в конструкции, но при большом количестве цилиндров — увеличивается размер двигателя в длину.
— V-образный
Для уменьшения длины агрегата, цилиндры располагают под углом от 60 до 120 градусов, при этом, продольные оси цилиндров совпадают с продольной осью коленчатого вала.
Двигатель получается довольно небольших размеров в продольном отношении (короткий).
Из минусов: довольно большая ширина двигатели и раздельные головки блока, что приводит к увеличению себестоимости при изготовлении.
— Оппозитный
Горизонтально-оппозитный двигатель имеет меньшие габариты по высоте, что позволит снизить центр тяжести всего автомобиля. Из плюсов можно выделить: компактность, симметричность компоновки.
— VR-образный
За счет 6-ти цилиндров, расположенных под углом 150 градусов, образуется весьма компактный (узкий и короткий) двигатель. А также, этот двигатель имеет всего одну головку блока.
— W-образный
В этих двигателях соединены два ряда цилиндров в VR-исполнении.
Угол расположения цилиндров равен — 150 градусам, а сами ряды — под углом 720 градусов.
Штатный автомобильный двигатель состоит из 2-х механизмов и 5-ти систем.
Газораспределительный механизм
В задачу этого механизма входит своевременная подача горючей смеси или ее составляющих в цилиндр, а также отвод продуктов горения.
У двухтактных двигателей как такового механизма нет. У него подача смеси и отвод продуктов горения производится технологическими окнами, которые проделаны в стенках гильзы. Таких окон три – впускное, перепускное и выпускное.
Поршень, двигаясь производит открытие-закрытие того или иного окна, этим и выполняется наполнение гильзы топливом и отвод отработанных газов. Использование такого газораспределения не требует дополнительных узлов, поэтому ГБЦ у такого двигателя простая и в ее задачу входит только обеспечение герметичности цилиндра.
У 4-тактного двигателя механизм газораспределения имеется. Топливо у такого двигателя подается через специальные отверстия в головке. Эти отверстия закрыты клапанами. При надобности подачи топлива или отвода газов из цилиндра производится открывание соответствующего клапана. Открытие клапанов обеспечивает распределительный вал, который своими кулачками в нужный момент надавливает на необходимый клапан и тот открывает отверстие. Привод распредвала осуществляется от коленвала.
ГРМ с ременным и цепным приводом
Компоновка газораспределительного механизма может отличаться. Выпускаются двигатели с нижним расположением распредвала (он находится в блоке цилиндров) и верхним расположением клапанов (в ГБЦ). Передача усилия от вала к клапанам производится посредством штанг и коромысел.
Более распространенными являются моторы, у которых и вал и клапана имеют верхнее расположение. При такой компоновке вал тоже размещен в ГБЦ и действует он на клапана напрямую, без промежуточных элементов.
Какой двигатель лучше: дизельный или бензиновый?
by admin · Июль 23, 2011
У многих перед покупкой автомобиля возникает вопрос, какой двигатель лучше: бензиновый или дизельный? Конечно же, на этот вопрос однозначного ответа нет. У каждого из них есть свои определенные преимущества и недостатки.
Рассмотрим некоторые наиболее весомые из них с эксплуатационной точки зрения:
- Если автомобиль оборудован дизельным двигателем, то в процессе эксплуатации можно значительно сэкономить средства, так как расход топлива будет меньшим, да и дизельное топливо, как правило, дешевле. Это происходит потому, что у автомобиля с дизельным двигателем степень сжатия находится в пределах 20—22 единицы, а у автомобилей с бензиновым двигателем — 9-10 единиц.
- У дизельных двигателей более высокий КПД.В этом плане Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30% энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40%, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением до 50%.
- По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно. Основные токсичные газы, которые присутствуют в выхлопе в заметных количествах —это углеводороды (НС или СН) , оксиды(окислы) азота (NОх) и сажа (или её производные) в форме черного дыма.
- Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (т.е. легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более что в них не используется система зажигания.
- У дизеля регулирование рабочей смеси более качественное. Это означает, что, вне зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки, в цилиндры подается одинаковое количество воздуха, а количество топлива увеличивается вместе с нагрузкой. Но даже при полной мощности масса впрыскиваемого топлива в 1,5 раза меньше, чем у бензинового двигателя такого же рабочего объема. Это означает, что действительная степень сжатия зависит не от нагрузки, а рабочая смесь по сравнению с бензиновым двигателем всегда очень бедная. Благодаря этим факторам у дизельного двигателя более высока эффективность сгорания и последующего расширения на частичных нагрузочных режимах. Расход топлива в первую очередь зависит от сопротивления воздухоочистителя, которое влияет на наполнение цилиндров воздухом, давления начала подъема иглы форсунки, качества распыла топлива форсунками, угла опережения впрыска топлива, от характера подачи топлива топливным насосом высокого давления.
Что касается стабильности регулировочных параметров системы подачи топлива, то у дизельных двигателей она выше, чем у бензиновых.
Дизельный двигатель выдает высокий крутящий момент в широком диапазоне оборотов, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «гибким» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. Высокий крутящий момент при низких оборотах делает более легким эффективное использование мощности двигателя, это преимущество используется в джипах и грузовых автомобилях.
У дизельных двигателей также имеются недостатки — это большая масса, меньшая литровая мощность, повышенный шум и т.д….
Большинство корейских джипов и микроавтобусов поставляются на внутренний рынок с дизельными двигателями, это обусловленно именно теми преимуществами, которые дает дизельный двигатель: более высокий КПД, более эффективное использование мощности двигателя за счет высокого крутящего момента и конечно же меньший расход топлива по сравнению с бензиновыми версиями. Последнее преимущество — одна из главных причин установки дизельного двигателя на фоне постоянного увеличения цен на топливо….
Что такое бензиновый двигатель автомобиля
Вначале разберемся с терминологией. Бензиновый мотор это поршневой силовой агрегат, который работает за счет сгорания смеси воздуха и бензина в специально отведенных для этого полостях. В автомобиль может заливаться топливо с разным октановым числом (А92, А95, А98 и т.д.). Более подробно о том, что такое октановое число, рассказывается в другой статье. Там же рассказывается, почему для разных моторов может полагаться разная марка топлива, даже если это бензин.
В зависимости от того, какую цель преследует автопроизводитель, сходящий с конвейера транспорт может оснащаться разными типами силовых агрегатов
В списке причин и маркетинг компании (каждая новая машина должна получать какое-то обновление, и покупатели часто обращают внимание на тип силового агрегата), а также потребности основной аудитории
Так, с завода автомобильного бренда может выходить одна и та же модель машины, но с разными бензиновыми движками
Например, это может быть экономичная версия, на которую чаще обращают внимание покупатели со скромным достатком. Или же производитель может предлагать более динамичные модификации, которые удовлетворяют запросы любителей быстрой езды
Также некоторые автомобили должны быть способны перевозить приличные грузы, как например пикапы (в чем особенность этого типа кузова, читайте отдельно). Для этих автомобилей тоже полагается другой тип мотора. Обычно такая машина будет иметь внушительный рабочий объем агрегата (о том, как рассчитывается этот параметр, есть отдельный обзор).
Итак, бензиновые моторы дают возможность автобрендам создавать модели машин с разными техническими характеристиками, чтобы адаптировать их для разных потребностей, начиная от небольших ситикаров, и заканчивая габаритными грузовиками.
????Виды ДВС
По типу конструкции и специфике работы ДВС классифицируются по нескольким критериям:
- По типу используемого топлива – дизельные, бензиновые, газовые.
- По принципу охлаждения – жидкостные и воздушные.
- В зависимости от расположения цилиндров – рядные и V-образные.
- По способу приготовления топливной смеси – карбюраторные, газовые и инжекторные (смеси образуются во внешней части ДВС) и дизельные (во внутренней части).
- По принципу зажигания топливной смеси – с принудительным зажиганием и с самовоспламенением (свойственно дизельным агрегатам).
Двигатели также различают по специфике конструкции и эффективности работы:
- Поршневые, у которых рабочая камера локализирована в цилиндрах. Стоит учесть, что такие ДВС делятся на несколько подвидов:
- карбюраторные (карбюратор отвечает за создание обогащенной рабочей смеси);
- инжекторные (поступление смеси происходит непосредственно во впускной коллектор через форсунки);
- дизельные (возгорание смеси происходит за счет создания высокого давления внутри камеры).
- Роторно-поршневые, характеризующиеся преобразованием тепловой энергии в механическую благодаря вращению ротора вместе с профилем. Работа ротора, движение которого по форме напоминает 8-ку, полностью заменяет собой функции поршней, ГРМ и коленвала.
- Газотурбинные, в которых мотор приводится в работу тепловой энергией, получаемой за счет вращения ротора с лопастями, напоминающими по форме клинок. Он и приводит в движение турбинный вал.
Теория, на первый взгляд, кажется понятной. Теперь рассмотрим главные составляющие компоненты силового агрегата.
Какой объем двигателя лучше выбрать
Хорошо известно, что чем большим оказывается объем двигателя, тем он мощнее. Другими словами, автомобиль с большим мотором лучше разгоняется и зачастую имеет высокую максимальную скорость. Исключением можно считать разве что некоторые внедорожники, в которых все «силы» ДВС брошены на повышенную проходимость, а не на динамику разгона и высокие скорости.
При этом важно понимать, что чем больше мощности отдает двигатель, тем больше топлива он потребляет. Если годовые пробеги не большие, тогда с расходом не менее 15-20 литров можно и согласиться, однако в случаях, когда за год машина проезжает 30-40 тыс
км. расходы на горючее могут заметно ударить по бюджету.
К этому стоит добавить, что дополнительно нужно учитывать и налог на мощность двигателя, стоимость полиса ГО и т.д. Если же говорить о ресурсе двигателей, то большеобъемные агрегаты зачастую выгодно отличаются в этом плане от «малолитражек». Если просто, в рамках повседневной эксплуатации мощный мотор не нужно сильно «крутить» для поддержания необходимого темпа езды, во время интенсивных ускорений с места, обгонов и т.д.
Это значит, что такой двигатель не часто работает на высоких и максимальных оборотах при ежедневном использовании, при этом именно высокие обороты означают пиковые нагрузки и заметно сокращают срок службы любого двигателя.
На практике, например, 4-х литровый двигатель вполне может пробежать 500-600 тыс. км. и более без капремонта, тогда как 1.4-литровый агрегат может нуждаться в переборке или капитальном ремонте уже к 200-250 тыс. км. Но есть и минусы — двигатель большого объема требует больше моторного масла при замене, его дороже ремонтировать в плане стоимости работ и запчастей и т.д.
Кстати, вопросу мощности мотора нужно уделять внимание и с учетом того, какая коробка передач будет стоять на автомобиле. Если машина оснащена «механикой» или «роботом» (РКПП), тогда особых проблем не возникнет
Однако в случае, когда ТС оснащается классическим «автоматом» с гидротрансформатором или вариатором, тогда следует быть готовым к дополнительному отбору мощности у двигателя такими типами трансмиссий.
Еще нужно добавить, что ГУР (гидроусилитель руля) и кондиционер в комплектации того или иного авто также будут дополнительно отбирать мощность ДВС. В результате динамика малолитражной машины с АКПП при включении кондиционера может оказаться неудовлетворительной.
С учетом вышесказанного можно сделать вывод о том, что оптимально подбирать мотор по объему и мощности так, чтобы затраты на содержание авто укладывались в прогнозируемы и ожидаемые рамки, при этом мощности все же было достаточно с поправкой на стиль езды, личные предпочтения водителя и т.д.
Если подбирается авто б/у, тогда лучше приобрести конкретную модель с более мощным двигателем в линейке не только по причине лучшей динамики, но также из расчета на больший остаточный ресурс мотора до капремонта.
Компоновка двигателя, расположение мотора и количество клапанов
Если говорить о различных характеристиках, двигатели отличаются по количеству цилиндров, по расположению цилиндров, а также по самому расположению мотора в подкапотном пространстве. Например, силовые агрегаты бывают 3-х, 4-х, 5-и, 6-и, 8-и цилиндровыми и т.д.
По расположению цилиндров также выделяют рядные, V-образные, оппозитные двигатели и т.п. Силовой агрегат может быть установлен под капотом продольно или поперечно. На каждом цилиндре может быть установлено по 2, 4 и более клапанов ГРМ.
Отметим, что на общее число цилиндров следует обращать внимание только тогда, когда речь идет о выборе малолитражки. Если точнее, не так давно на городских субкомпактных автомобилях в практику вошла установка трехцилиндровых атмосферных и турбомоторов
При этом такие ДВС с тремя цилиндрами отличаются повышенным уровнем вибраций.
Во всех остальных случаях количество цилиндров в той или иной мере определяет мощность, при этом в плане вибраций не так важно, сколько их имеет конкретный мотор, 4, 5 или 6. Зачастую незначительную роль играет и особенность расположения ДВС под капотом
Единственное, на практике многие рядные двигатели с 6-ю цилиндрами, установленные продольно, отличаются повышенной склонностью к поломкам даже при незначительном перегреве сравнительно с другими аналогами.
Как правило, особого внимания заслуживает только компоновка цилиндров. Схем компоновки много, при этом наиболее распространенными являются:
- рядные двигатели;
- V-образные агрегаты;
- оппозитные моторы;
Рядный мотор из этого списка самый простой, цилиндры идут в один ряд над коленчатым валом. Такой двигатель проще обслужить и отремонтировать. Главным минусом является то, что увеличение количества цилиндров больше 6 приводит к тому, что мотор становится слишком длинным и его не удается разместить как продольно, так и поперечно в подкапотном пространстве.
Для решения этой задачи на машину ставится V-образный мотор, цилиндры распложены уже не в один, а в два ряда, причем под углом друг к другу. Такие ДВС сложнее рядных, их дороже обслуживать и ремонтировать. Достаточно вспомнить о том, что указанный тип агрегатов имеет две ГБЦ со всеми вытекающими последствиями. Еще одним минусом является относительно высокая вибронагруженность.
Оппозитные двигатели используют только некоторые автопроизводители. В частности, на таких ДВС специализируется Subaru из Японии, также их производят немцы Porsche. Оппозитный двигатель создает минимум вибраций, однако крайне сложен в обслуживании, далеко не все автосервисы могут выполнить его качественный ремонт при такой необходимости.
Теперь перейдем к клапанам. От их количества напрямую завит мощность двигателя, приемистость мотора и ряд других параметров. Чем больше клапанов, тем лучше цилиндр наполняется топливно-воздушной смесью и вентилируется от выхлопных газов. При этом увеличение числа клапанов закономерно приводит к усложнению и удорожанию всей конструкции ГРМ.
Краткая техническая информация
А перед тем, как пытаться изучать достоинства и недостатки чего-либо, просто-таки необходимо хотя бы в общих чертах понять, как оно устроено и работает. Посему, сначала предлагаем вкратце познакомиться с некоторыми конструктивными особенностями бензинового мотора, принципом его работы и отличиями от дизельного аналога.
Отдельно надо отметить, что бензиновых двигателей внутреннего сгорания бывает несколько разновидностей. В частности, они классифицируются по таким признакам, как:
- количество рабочих тактов (двухтактные и четырехтактные);
- тип смазки (смешанный и раздельный);
- тип охлаждения (воздушное и жидкостное);
- количество цилиндров;
- расположение цилиндров (рядные, V-образные, оппозитные);
- способ приготовления топливовоздушной смеси (карбюратор, инжектор);
- способ наполнения цилиндров приготовленной смесью (атмосферные и с турбонаддувом).
Так вот, в большинстве серийных легковых автомобилей применяются четырехтактные, четырехцилиндровые, рядные, атмосферные, инжекторные двигатели с жидкостным охлаждением и раздельным типом смазки. В современных моделях разными могут быть такие параметры, как количество цилиндров и их расположение, а также способ наполнения цилиндров горючей смесью. Все остальные признаки — повторяются. Отдельной категорией бензиновых двигателей идут роторные силовые агрегаты. Но они не получили широкого распространения, потому их достоинства и недостатки учитывать тут не будем.
Рассмотрим кратко, как работает среднестатистический автомобильный двигатель на бензине. Полезную работу силовой агрегат выполняет в процессе повторяющихся циклов, каждый из которых состоит из четырех тактов. “Заглянем” в один цилиндр, дабы узнать, что там происходит на протяжении рабочего цикла и попутно сравним с происходящими процессами в дизельном двигателе:
- Впуск. Поршень по инерции (после предыдущего цикла) двигается вниз, создавая разрежение в камере сгорания. Одновременно с этим открываются впускные клапаны, и в цилиндр врывается смешанный с воздухом бензин. В дизельном моторе происходит примерно то же самое, только через клапаны всасывается один воздух. Солярка подается под давлением через форсунку, соответственно, горючая смесь готовится непосредственно в цилиндре.
- Сжатие. Впускные клапаны закрываются, а поршень (по все той же инерции) двигается вверх. Топливовоздушная смесь сжимается, еще лучше смешивается и прогревается (от давления). В дизельном моторе на данном этапе происходит все то же самое. Разница заключается только в давлении и температуре — здесь они выше.
- Рабочий ход. Когда поршень после предыдущего такта подходит к верхней мертвой точке, между электродами свечи зажигания проскакивает искра. Смесь воспламеняется, в результате чего расширяется и давит на поршень. Тот двигается вниз, выполняя нужную нам полезную работу. В дизельном моторе никакой искры нет, поскольку и свечи там никакой не предусмотрено. Топливовоздушная смесь воспламеняется сама за счет саморазогрева под воздействием высокого давления.
- Выпуск. Возвращаясь вверх после рабочего хода, поршень “выгоняет” отработанные газы (дым, остатки несгоревшего топлива, углекислый газ) через открывающиеся в это время выпускные клапаны. Далее цикл повторяется.
Сразу же отметим важные для нашей темы моменты. Во-первых, чтобы подать топливо в цилиндр бензинового двигателя, не обязательно создавать для этого “нечеловеческое” давление. Во-вторых, за счет более высокой степени сжатия и создаваемого давления (это далеко не одно и то же) топливо в дизельном моторе лучше смешивается и эффективнее сгорает, чем в бензиновом. В-третьих, чтобы поджечь бензин, нужна целая система зажигания, которой у моторов на солярке нету. В-четвертых, чтобы преодолеть то самое высокое давление на такте сжатия в дизеле, нужно намного больше “усилий”, чем в случае с бензином.
В свете уже только этой информации можно вывести несколько существенных плюсов и минусов бензинового мотора. Так что, приступим, а остальную нужную инфу будем добавлять по мере надобности.
2012 год: двигатель с высокой степенью сжатия – воспламенение бензина от сжатия
Наука не стоит на месте. Если бы наука не развивалась, то сегодня мы бы до сих пор жили в Средневековье и верили в колдунов, гадалок и что земля плоская (хотя сегодня все равно есть немало людей, которые верят в подобную чушь).
Не стоит на месте наука и в автопромышленности. Так, в 2012 году в мире появилась очередная прорывная технология, которая, возможно, совсем скоро перевернет весь автомир.
Речь идет о двигателях с высокой степенью сжатия.
Мы знаем, что чем меньше сжимать воздух и топливо внутри двигателя внутреннего сгорания, тем меньше мы получим энергии в тот момент, когда топливная смесь воспламеняется (взрывается). Поэтому автопроизводители всегда старались делать двигатели с немаленькой степенью сжатия.
Но есть проблема: чем выше степень сжатия, тем больше риска самовоспламенения топливной смеси.
Поэтому, как правило, ДВС имеют определенные рамки в степени сжатия, которая на протяжении всей истории автопромышленности была неизменяемой. Да, каждый двигатель имеет свою степень сжатия. Но она не меняется.
В 1970-х годах в мире был распространен неэтилированный бензин, который при сгорании дает огромное количество смога. Чтобы как-то справиться с ужасной экологичностью, автопроизводители начали использовать V8 моторы с низким коэффициентом сжатия. Это позволило снизить риск самовоспламенения топлива низкого качества в двигателях, а также повысить их надежность. Дело в том, что при самовоспламенении топлива двигатель может получить непоправимый урон.
Но затем при массовом появлении электронного впрыска автопроизводители с помощью компьютера стали применять различные настройки, автоматически регулирующие качество топливной смеси, что позволило существенно улучшить экономичность двигателей и снизить уровень вредных веществ в выхлопе. Но главное, что удалось сделать с помощью компьютерных настроек и регулировки топливной смеси, – это снизить до минимума риск самовоспламенения топлива. В итоге со временем стало невыгодно использовать большие мощные моторы с низкой степенью сжатия. Так автопромышленность ввела новую моду – уменьшение количества цилиндров. Чтобы сохранить мощность в моторах, автопроизводители стали использовать турбины. Но главное – благодаря электронике, которая управляет качеством топливной смеси, автопроизводители снова могут создавать моторы с большой степенью сжатия, не опасаясь самовоспламенения топлива.
Но в 2012 году компания Mazda удивила весь мир, представив фантастический мотор SKYACTIV-G, который имеет невероятно высокий коэффициент сжатия для серийного двигателя. Степень сжатия этого мотора составляет 14:1. Это позволяет мотору извлекать энергию почти из каждой капли бензина без образования смога.
Следующим шагом для Mazda стал новый мотор SKYACTIV-X, который использует контролируемое зажигание (система SPCCI). Благодаря этой системе появилась возможность воспламенять бензин практически за счет одного только сжатия. То есть как в дизельных моторах. Также в двигателях SKYACTIV-X есть возможность воспламенять топливо обычным образом. Причем электроника автоматически выбирает, как выгоднее воспламенять бензин в камере сгорания. Все зависит от потребностей водителя и условий движения.
Например, если вам нужна сила (крутящий момент), то двигатель SKYACTIV-X будет воспламенять топливо от силы сжатия (почти как дизель). Если вам нужна мощность, то мотор с высокой степенью сжатия будет воспламенять топливо обычным образом. Причем реально для придания мощности будет использована последняя капля бензина.
Даже спустя столетие и даже с появлением альтернативных видов топлива, а также с появлением электрокаров двигатели внутреннего сгорания остаются главными силовыми агрегатами в автопромышленности. И несмотря на то что многие эксперты считают, что ДВС изжил себя и в скором времени должен исчезнуть из автомира, нам кажется, что двигатель внутреннего сгорания еще не развился до конца. Также мы считаем, что мир в ближайшие 100 лет все равно не будет готов полностью отказаться от ДВС, работающих на бензине.
И кто его знает, что нам подготовят автомобильные компании в ближайшем будущем. Ведь их инженеры не зря получают бутерброды с черной икрой. Вполне возможно, что уже скоро очередной автопроизводитель удивит нас какой-нибудь новой технологией в ДВС.
Принцип работы
Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.
Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение.
Принцип работы четырехтактного двигателя
Такты четырехтактного двигателя
Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации
Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта)
Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.
- На такте впуска поршень в цилиндре движется вниз, от клапанов к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он начинает опускаться, открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или только воздух, если двигатель с непосредственным впрыском). При движении поршень сам «накачивает» нужный объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, или воздух поступает под напором, если установлен турбонаддув.
- Дойдя до нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. При этом впускной клапан закрывается, и при движении поршень сжимает воздух с распыленным в нём топливом до критического давления.
- Как только поршень условно доходит до верхней мертвой точки и компрессия становится максимальной, срабатывает свеча зажигания и топливо вспыхивает (дизтопливо зажигается при сжатии само, без искры). Микровзрыв от вспышки толкает поршень снова вниз, к НМТ.
- И на четвертом такте открывается выпускной клапан. Поршень снова движется вверх, выдавливая из камеры сгорания выхлопные газы в выпускной коллектор.
Работа четырехтактного двигателя
По сути, полезной работы в двигателе только один такт из четырех, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, толкающее поршень. Остальные три такта нужны как вспомогательные, которые не дают импульса к движению, но на них расходуется энергия.
При таких условиях двигатель мог бы остановиться, когда кривошипно-шатунный механизм (КШМ) приходит к энергетическому равновесию. Но чтобы этого не произошло, используется большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленвале, уравновешивающие нагрузки от работы поршней.
Принцип работы двухтактного двигателя
Такты двухтактного двигателя
Двухтактные двигатели используются не слишком широко. В основном это моторы скутеров и мопедов, легких моторных лодок, газонокосилок. Весь рабочий процесс такого двигателя можно разделить на два основных этапа:
- В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней) в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь. Поднимаясь, поршень сжимает ее до критической компрессии, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит поджиг.
- Сгорая, топливо толкает поршень вниз, при этом одновременно открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания выходят из цилиндра. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), повторяется первый такт – впуск и сжатие одновременно.
Работа двухтактного двигателя
Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективней четырехтактного, ведь здесь на полезное действие приходится половина работы. Но в реальности мощность двухтактного двигателя намного ниже, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном механизме газораспределения.
При сгорании топлива часть энергии уходит в выпускной коллектор, не выполняя никакой работы кроме нагрева. В итоге, двухтактные двигатели применяются только в маломощном транспорте и требуют особых моторных масел.
