Двигатель внутреннего сгорания – это такой тип мотора, у которого топливо воспламеняется в рабочей камере внутри, а не в дополнительных внешних носителях. ДВС преобразует давление от сгорания топлива в механическую работу.
Из истории
Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.
В этом двигателе уже было искровое зажигание, он был шатунный, с поршневой системой, то есть, это своего рода прообраз современных моторов.
Спустя 57 лет соотечественник де Риваза Этьен Ленуар изобрел уже двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, наличествовал искровым зажиганием и работал на смеси светильного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания в то время хватало уже на малогабаритные лодки.
Еще через 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого стал уже четырехтактный атмосферный мотор с вертикальным цилиндром. КПД в данном случае увеличился на 11%, в отличие от кпд двигателя внутреннего сгорания Риваза, он стал 15-процентным.
Чуть позже, в 80-х годах этого же столетия, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Даймлер и Майбах усовершенствовали его в облегченный вид, который стал устанавливаться на мото- и автотехнике.
В 1897 году Рудольф Дизель выводит в свет ДВС по типу воспламенения от сжатия, используя нефть в качестве топлива. Этот вид двигателя стал родоначальником дизельных моторов, использующихся по настоящее время.
Виды двигателей
- Бензиновые моторы карбюраторного типа работают от топлива, смешанного с воздухом. Смесь эта предварительно подготавливается в карбюраторе, далее поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется искрой от свечи зажигания.
- Инжекторные двигатели отличаются тем, что смесь подается напрямую от форсунок во впускной коллектор. У этого вида имеются две системы впрыска – моновпрыск и распределенный впрыск.
- В дизельном моторе воспламенение происходит без свечей зажигания. В цилиндре данной системы находится воздух, разогретый до температуры, которая превышает температуру воспламенения топлива. В этот воздух через форсунку подается топливо, и вся смесь воспламеняется по образу факела.
- Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливом может являться как природный газ, так и углеводородный. Газ поступает в редуктор, где давление его стабилизируется в рабочее. Затем попадает в смеситель, а в итоге воспламеняется в цилиндре.
- Газодизельные ДВС работают по принципу газовых, только в отличие от них, смесь воспламеняется не свечой, а дизельным топливом, впрыск которого происходит также, как и у обычного дизельного мотора.
- Роторно-поршневые типы двигателей внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере, имеющей форму восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно усвоить, что в данном случае ротор выполняет роль поршня, ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует. При одном обороте происходит сразу три рабочих цикла, что сравнимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.
Принцип работы
В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза – вверх и вниз одинаково по два.
Как работает двигатель внутреннего сгорания:
- Первый такт – поршень при движении вниз втягивает топливную смесь. При этом клапан впуска находится в открытом виде.
- После достижения поршнем нижнего уровня, он двигается вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы двигателя внутреннего сгорания, является вторым по счету. Клапаны, при этом, находятся в закрытом виде, и чем плотнее, тем качественнее происходит сжатие.
- В третий такт включается система зажигания, так как здесь происходит воспламенение топливной смеси. В назначении работы двигателя он называется «рабочим», так как при этом начинается процесс привода в работу агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает движение вниз. Как и во втором такте, клапаны находятся в закрытом состоянии.
- Завершающий такт – четвертый, выпускной, который дает понять, что такое завершение полного цикла. Поршень через выпускной клапан избавляется от отработавших газов цилиндра. Затем все циклически повторяется снова, понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, можно представив цикличность работы часов.
Устройство ДВС
Устройство двигателя внутреннего сгорания логично рассматривать с поршня, так как он является основным элементом работы. Он представляет собой своеобразный «стакан» с пустой полостью внутри.
Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Отвечают эти самые кольца за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (компрессионное), а так же за то, чтобы масло не попадало в пространство над самим поршнем (маслосъемное).
Порядок работы
- При попадании внутрь цилиндра топливной смеси, поршень проходит четыре вышеописанных такта, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
- Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закреплена на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленвала фиксирует шатун. Поршень, при движении, вращает коленвал и последний, в свое время, передает крутящий момент системе трансмиссии, оттуда на систему шестерен и далее к ведущим колесам. В устройстве двигателей автомобилей с задним приводом посредником до колес выступает еще и карданный вал.
Конструкция ДВС
Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива, а так же за выпуск газов.
Механизм ГРМ состоит из верхнеклапанного и нижнеклапанного, может быть двух видов – ременной или цепной.
Шатун чаще всего изготавливается из стали путем штамповки или ковки. Есть виды шатунов, изготовленные из титана. Шатун передает усилия поршня коленвалу.
Коленвал из чугуна или из стали представляет собой набор коренных и шатунных шеек. Внутри этих шеек есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.
Принцип работы кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленвала.
Головка блока цилиндров (ГБЦ), большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных сплавов алюминия. В ГБЦ находятся камеры сгорания, каналы впуска – выпуска, отверстия свечей. Между блоком цилиндров и ГБЦ находится прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.
В систему смазки, которую включает в себя двигатель внутреннего сгорания, входит поддон картера, маслозаборник, маслонасос, масляный фильтр и масляный радиатор. Все это соединено каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за уменьшения трения между деталями мотора, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, увеличивает ресурс ДВС.
Устройство двигателя, в зависимости от его вида, типа, страны изготовителя, может быть чем-либо дополнено или, напротив, могут отсутствовать какие-то элементы ввиду устаревания отдельных моделей, но общее устройство двигателя остается неизменным так же, как и стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.
Дополнительные агрегаты
Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.
Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.
Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.
Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.
Тип топлива
Следует помнить и об октановом числе топлива, которое используют двигатели внутреннего сгорания разных типов.
Чем выше октановое число топлива – тем больше степень сжатия, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.
Но существуют и такие двигатели, для которых увеличение октанового числа выше положенного заводом изготовителем, приведет к преждевременной поломке. Это может произойти путем прогорания поршней, разрушения колец, закопченности камер сгорания.
Заводом предусмотрено свое минимальное и максимальное октановое число, которое требует двигатель внутреннего сгорания.
Тюнинг
Любители увеличить мощность работы двигателей внутреннего сгорания зачастую устанавливают (если это не предусмотрено заводом изготовителем) различного рода турбины или компрессоры.
Компрессор на холостых оборотах выдает небольшую мощность, при этом держит стабильные обороты. Турбина же, наоборот, выжимает максимальную мощность при ее включении.
Установка тех или иных агрегатов требует консультации с мастерами, имеющими опыт работы в узком направлении, поскольку ремонт, замена агрегатов, или же дополнение двигателя внутреннего сгорания дополнительными опциями – это отклонение от назначения работы двигателя и уменьшают ресурс ДВС, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть навсегда окончена.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – одно из главных устройств в , служащее для преобразования энергии топлива в механическую энергию, которая, в свою очередь, выполняет полезную работу. построен на том, что топливо в соединении с воздухом образуют воздушную смесь. Циклически сгорая в камере сгорания, воздушно-топливная смесь обеспечивает высокое давление, направленное на поршень, а тот, в свою очередь, вращает коленчатый вал через . Его энергия вращения передается автомобиля.
Для запуска двигателя внутреннего сгорания часто используется – обычно электрический двигатель, проворачивающий коленвал. В более тяжелых дизельных двигателях в качестве стартера и для той же цели применяется вспомогательный ДВС («пускач»).
Существуют следующие типы двигателей (ДВС) :
- бензиновые
- дизельные
- газовые
- газодизельные
- роторно-поршневые
Также ДВС классифицируются: по виду топлива, по числу и расположению цилиндров, по способу формирования топливной смеси, по количеству тактов работы двигателя внутреннего сгорания и т.д.
Бензиновые и дизельные двигатели
Бензиновые двигатели внутреннего сгорания – наиболее распространенные из автомобильных двигателей. Топливом для них служит бензин . Проходя через , бензин попадает через распыляющие форсунки в карбюратор или впускной коллектор, а затем эта воздушно-топливная смесь подается в цилиндры, сжимается под воздействием поршневой группы, поджигается искрой от свечей зажигания.
Карбюраторная система считается устаревшей, поэтому сейчас повсеместно используется инжекторная система подачи топлива. Распыляющие топливо форсунки (инжекторы) осуществляют впрыск либо непосредственно в цилиндр, либо во впускной коллектор. Инжекторные системы делятся на механические и электронные. Во-первых для дозации топлива используются механические рычаговые механизмы плунжерного типа, с возможностью электронного контроля топливной смеси. Во вторых процесс составления и впрыска топлива полностью возложен на электронный блок управления (ЭБУ). Инжекторные системы необходимы для более тщательного сгорания топлива и минимизации вредных продуктов горения.
Дизельные ДВС используют специальное дизтопливо . Двигатели автомобиля подобного типа не имеют : топливная смесь, попадающая в цилиндры через форсунки, способна взрываться под действием высокого давления и температуры, которые обеспечивает поршневая группа.
Газовые двигатели
Газовые двигатели используют газ в качестве топлива – сжиженный, генераторный, сжатый природный. Распространение таких двигателей было обусловлено растущими требованиями к экологической безопасности транспорта. Исходное топливо хранится в баллонах под большим давлением, откуда через испаритель попадает в газовый редуктор, теряя давление. Далее процесс аналогичен инжекторным бензиновым ДВС. В некоторых случаях газовые системы питания могут не использовать в своем составе испарители.
Если вы приобретаете новый автомобиль, то часто возникает вопрос о том, какой вид двигателя выбрать. В этом случае необходимо иметь информацию о конструкции моторов и их функциональных возможностях.
Виды двигателей
Бензиновый
К первому и самому ходовому виду относится бензиновый мотор внутреннего сгорания. Управление в этом случае осуществляется с места водителя путём нажатия им педали газа, в результате чего поток воздуха регулируется при помощи дроссельной заслонки.
По количеству цилиндров можно выбрать:
- одно, двух и многоцилиндровые двигатели.
По способу образования смеси двигатели могут быть:
- карбюраторными и газовыми (горючая смесь приготовляется не внутри цилиндров);
- инжекторными (рабочая смесь приготавливается внутри цилиндров).
По способам охлаждения:
- моторы с воздушным и жидкостным охлаждением.
Дизельный
Поршневого типа функционирует в результате того, что распылённое топливо соприкасается с разогретым в процессе сжатия воздухом.
Сравнительные характеристики двигателей
Преимущества дизеля
Если вы будете использовать дизель, то сможете в процессе эксплуатации значительно сэкономить деньги по причине меньшего расхода топлива. Степень сжатия дизеля равен 20-22 единицам, что почти в 2 раза выше, чем у бензиновых. В результате этого они имеют более высокий КПД.
В процессе работы дизельного мотора рабочая смесь регулируется более качественно, независимо от того, какая нагрузка у цилиндра и частота вращения коленчатого вала. В этом случае в цилиндры подается одно и то же количество воздуха, а количество используемого топлива с нагрузкой увеличивается. В связи с этим, даже если дизель работает на полную мощность, то количество впрыскиваемой солярки на 50-70% меньше, чем у бензинового мотора, имеющего тот же рабочий объём.
Недостатки дизеля
Кроме преимуществ, дизели имеют и определённые недостатки.
Во-первых, у них меньшая скорость разгона. Во-вторых, они имеют большие шум и вибрацию. В-третьих, они более требовательны к качеству топлива и в определённых случаях просто могут перестать работать. В-четвёртых, дизельный мотор труднее завести во время мороза.
Кроме этих основных видов двигателей, можно приобрести машины-гибриды, которые имеют одновременно бензиновой и электрический моторы. Это удобно при нахождении транспортного средства в пробках, когда можно переключаться на электрический вариант, а при наборе скорости – на бензиновый. Таким образом, с учётом того, что каждый из существующих моторов имеет свои преимущества и недостатки, их выбор можно осуществить с учётом ваших потребностей и условий, в которых машина будет эксплуатироваться.
3176 ПросмотровСовременные автомобили разительно отличаются от тех, что выпускались еще в конце прошлого века. С тех пор изменились не только конструктивные особенности отдельных узлов. Наряду совершенствованием того, что уже было изобретено, появляются новые технологии, которые позволяют автомобилю переходить на альтернативные источники энергии и достигать небывалой экономичности. Сегодня мы рассмотрим основные типы двигателей внутреннего сгорания и выясним, какие бывают ДВС и в чем их особенности.
Бензин
Наиболее популярным и распространенным типом двигателя является бензиновый ДВС. Такая конструкция появилась на порядок раньше остальных, а потому считается наиболее надежной и долговечной.
Кроме того, бензин, на сегодняшний день, является самым распространенным и доступным источником энергии, и не найти заправку для пополнения запаса топлива подобного типа достаточно сложно.
Начнем с преимуществ подобного силового агрегата. Бензиновый мотор имеет максимально простое устройство. Несмотря на то, что в последнее время даже сюда умудрились внедрить сложнейшие технологии по распределению фаз и электронному управлению впрыском топлива, конструкция по-прежнему максимально проста, а ее ремонт относительно дешев.
Проще заводить и в мороз, и в жару. Для того, чтобы завести мотор, не нужно раскалять топливную смесь в цилиндре, как это делается на дизельных агрегатах, а потому даже в рекордные -50 по Цельсию проблемы заставить машину ехать не возникнет. Также здесь применяются свечи зажигания, а не накала, чья стоимость достаточно невелика, а устройство примитивно.
Иными словами, главным преимуществом бензинового двигателя является его неприхотливость, дешевизна ремонта, достаточно простое устройство, а также большая вероятность успешного пуска зимой.
Несколько десятилетий назад на бензиновые автомобильные моторы устанавливалось такое устройство, как карбюратор. К сожалению, эта устаревшая технология была далека от совершенства, а потому доставляла владельцу массу неудобств. Так, из-за своих конструктивных особенностей, пуск зимой был весьма затруднителен. Появлялся риск залить свечи, что приводило к необходимости их сушки и замены.
На современных бензиновых . Этот аналог карбюратора автоматически подбирает соотношение бензина и воздуха в смеси, что позволяет избегать перегрузки мотора и затрудненного старта. Вместе с этим уменьшился и расход топлива, который до недавних пор был достаточно большим.
Дизель
Двигатели, которые работают на дизельном топливе, тоже появились достаточно давно. Несмотря на то, что предки современных дизелей достаточно сильно конструктивно отличались от бензиновых агрегатов, общий принцип работы сохранился и лишь многократно совершенствовался.
Преимуществ разновидностей можно отметить всего несколько. Первое из них - это потрясающая экономичность.
При равных мощностях и технических показателях, расход топлива у дизельного мотора практически в два раза меньше, чем у бензинового, что является достаточно привлекательным фактом для водителей коммерческого транспорта.
Еще одно неоспоримое преимущество дизельного ДВС - это большой ресурс работы. Практика применения коммерческого транспорта, который проходит достаточно большие пробеги, показала, что без капитального ремонта мотор способен пройти порядка 600 тысяч километров. Правда, и сам ремонт будет стоить весьма недешево: это является главным недостатком подобного типа моторов.
Гибрид
Наука не стоит на месте, и в последние годы на рынке появилось большое количество автомобилей, оборудованных такой разновидностью ДВС, как гибрид. Новейшая технология отличается меньшей шумностью, потрясающей экономичностью, большой тяговитостью и долговечностью.
В основе гибридного мотора лежит обыкновенный бензиновый ДВС, поэтому в классификации нередко такие моторы ошибочно называют бензиновыми. Как правило, он оборудован топлива, а потому вместо устаревших карбюратора и инжектора здесь выступают высокотехнологичные форсунки с электронным управлением.
Второй, отличительной, частью гибридного мотора является наличие , подпитывающегося от основного ДВС. Так, бензиновый агрегат не только передает часть мощности колесам, но и посредством генератора заряжает мощный аккумулятор электродвигателя. Таким образом, на малых скоростях машина не потребляет топливо и двигается только за счет электрической части, а при повышении скорости обе части начинают работать совместно.
Сегодня я предлагаю слегка погрузиться в мир поршней и машинного масла и разобраться, какие типы двигателей бывают и применяются на наших любимых, ненаглядных автомобилях.
В принципе, даже любой гуманитарий, в худшем смысле этого слова, на этот вопрос сразу же ответит: дизельный и бензиновый. Ну, кто-то еще добавит электрический. Однако на самом деле этих двигателей гораздо больше. Коротко о каждом.
1. Дизельный двигатель
Он же просто дизель. Поршневой двигатель внутреннего сгорания, который работает от того, что топливо (солярка) воспламеняется в его недрах (а точнее, в цилиндрах) во время резкого сжатия, вследствие чего происходит повышение температуры и воспламенение распыленного топлива. Идея воспламенения горючки за счет сжатия принадлежала Сади Карно. А на практике ее воплотил Рудольф Дизель, запатентовав с 1892 по 1897 год несколько вариантов двигателей. Дизеля применяют не только в автомобилях, но и на кораблях, железнодоржных локомотивах.
Дизельные двигатели бывают двух- и четырехтактными. О причинах популярности и преимуществах дизелей я говорил в отдельной статье и повторяться не буду, а перейду к другому двигателю
2. Бензиновый двигатель
Здесь воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндрах происходит тоже при повышенном давлении, но от электрической искры, которую дает свеча. Все бензиновые двигатели разделяются на карбюраторные и инжекторные. Разница в способе образования топливно-воздушной смеси. Кроме того, бензиновые двигатели классифицируются по количеству и расположению цилиндров, по способу охлаждения, типу смазки и многим другим характеристикам. Описывать все эти варианты возможности нет. Поэтому, перехожу к следующему типу автомобильного двигателя.
3. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
В нынешнем виде Создан изобретателем Фройде в 1957 году. Однако Фройде отталкивался от работ другого изобретателя – Феликса Ванкеля, котры получил патент на роторный двигатель еще в 1936 году. Фройде, по большому счету, просто усовершенствовал это творение. Кстати, некоторое время оба изобретателя работали совместно. В двигателе отсутствует механизм газораспределения.
Принцип такой: ротор треугольной форму вращается в 8-образной (такая форма еще называется эпитрохоидой) камере. Камера имеет впускное и выпускное отверстия. Благодаря форме ротора, за один его оборот проходит сразу три цикла (впуск смеси, сжатие и воспламенение, рабочий ход и выпуск газов), как у шестицилиндрового двигателя.
Воспламенение смеси происходит за счет электрической искры. А камера сгорания образовывается между гранью ротора и стенкой камеры. Особого распространения не получил (кстати, производился даже ВАЗом – модель Ваз-21018 имела роторный движок). Кстати, ВАЗ выпустил целых 50 авто. Однако, при испытаниях ВСЕ моторы поломались (то ли руки из опы, то ли место там такое) и модель сняли с производства. Но спустя некоторое время, проект все-таки спасли и наладили выпуск Ваз-411 и Ваз-413, которые широко использовались ментами и гайцами.
Кстати, на этих авто с движками по 120 и 140 «лошадей» люди в погонах легко догоняли и обгоняли иномарки тех времен. Но потом шпионы (а кто же еще?!) свернули этот проект и «жигули» с «ванкелями» (второе название роторного двигла) перестали выпускать. Хотя сейчас вазовские конструкторы вроде как опять колупаются с этими мотрами.
Главным недостатком роторного двигателя является проблема недолговечности уплотнении между ротором и камерой, а также с системой смазки. Здесь все взаимосвязано. Из-за особенностей конструкции и работы двигателя, масло приходится впрыскивать в коллектор. Короче говоря, экологичностью и экономичностью такой движок совсем не блещет. Кроме того, роторный мотор работает только на бензине. В настоящее время такой двигатель используется на автомобиле Mazda RX-8.
4. Гибридный двигатель
Вернее, правильнее будет сказать, гибридная система, так как гибрид – это не один двигатель, а хитровыдуманное сочетание работы двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Между прочим, принцип гибридного двигателя известен еще с 1910 года и широко использовался на… железной дорожном транспорте, а если гвоорить конкретнее, то на тепловозах.
В конце 90-х годов ХХ века заговорили об электромобилях. Но большинство автомобилистов воспринимало эту идею, как чудачество борцов за экологию, предпочитая ездить на проверенном доступном и относительно дешевом (нашу страну того периода не берм во внимание) бензине и дизельном топливе. Сегодня же практически все ведущие автомобильные компании мира выпускают гибридные модели автомобилей.
Они, хотя и сложнее в устройстве и напичканы электроникой по самое «не могу», тем не менее, обладают рядом преимуществ:
Снижают расход топлива почти в два раза
Существенно снижают шумность и количество вредных выбросов в атмосферу (на крейсерской скорости автомобиль практически не использует бензин за счет работы тягового электромотора)
Позволяет значительно быстрее разогнать авто с места и сделать хорошее ускорение в движении
Многие специалисты и дельцы склоняются к тому, что гибридные системы двигателей – это переходный этап к чистым электромобилям. Честно говоря, умом я понимаю выгоды электромобиля. Но сердцем я воспринимаю его как резиновую бабу или транса, что еще хуже. Вроде бы то, но немного не то.
Кстати говоря, электромоторы использовались и раньше, еще в середине ХХ века, но не совсем на автомобилях, а на различных погрузчиках или мини-автомобильчиках для развлекательной езды, не говоря уже о троллейбусах и трамваях.
avtor : Андрей Абин, для сайта
