Какие бывают двигатели внутреннего сгорания: виды, типы и особенности двс

Какие бывают двигатели внутреннего сгорания: виды, типы и особенности двс

8 самых известных типов двигателей в мире и их отличия

После прочтения нашего обзора вы будете понимать, как работают восемь типов двигателей в мире.

Двигатель – это агрегат, который может преобразовать одну энергию в механическую. В эту категорию входит множество видов двигателей, начиная от паровых (двигатели внешнего сгорания) и электрических и заканчивая двигателями внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные моторы и т. д.). Мы покажем вам восемь самых известных в мире двигателей, а также просто и интуитивно понятно расскажем вам, как они работают, описав принципы их работы.

1. Оппозитный двигатель

В горизонтально противоположном двигателе (оппозитном) поршни двигаются по обеим сторонам коленчатого вала влево и вправо в горизонтальном направлении. В этом случае высота двигателя уменьшена. За счет использования оппозитного двигателя уменьшается центр тяжести транспортного средства – автомобиль движется более плавно. Крутящий момент, создаваемый поршнями с обеих сторон, компенсирует друг друга, значительно уменьшая вибрацию транспортного средства во время движения.

Также подобная конструкция позволяет сделать двигатели высокооборотистыми. Но, несмотря на высокие обороты, оппозитные моторы имеют меньше шума, чем обычные ДВС.

Двигатели с горизонтальным ходом поршней использует компания Porsche почти во всех моделях. Но, например, в Porsche Cayenne и Panamera оппозитные двигатели не применяются.

2. Рядный двигатель

В рядном двигателе все его цилиндры расположены рядом друг с другом в одной плоскости. Конструкция цилиндров и коленвала довольно-таки проста. Головка блока цилиндров имеет небольшую стоимость при изготовлении. Также рядные двигатели отличаются высокой стабильностью, характеристиками крутящего момента на низких оборотах, низким расходом топлива и компактным размером. Рядные двигатели обычно обозначаются латинской буквой «L-n», где n – количество цилиндров рядного двигателя. Современные автомобили в основном имеют двигатели с обозначением L3, L4, L5, L6.

3. Двигатель V-типа (V-образный силовой агрегат)

V-образный двигатель разделяет все цилиндры на две группы друг напротив друга под определенным углом. В итоге мотор образует плоскость под углом. Если посмотреть на этот тип двигателя со стороны, то он будет иметь V-образную форму. V-образные двигатели имеют небольшую высоту и длину. Этот тип моторов удобнее размещать в автомобиле по сравнению с обычными рядными моторами, которые по своим размерам гораздо больше.

В настоящее время во многих автомобилях среднего и люкс-класса используются V-образные двигатели. Чаще всего это 6-цилиндровые силовые агрегаты. Например, такие двигатели стоят на Volkswagen Passat, Audi A6 и Mercedes E-класса AMG.

4. Квазитурбинный двигатель

Квазидвигатель представляет собой модифицированный двигатель, основанный на роторном силовом агрегате. Если в обычном роторном двигателе задействованы три лопасти, то квазидвигатель использует цепной ротор, состоящий из четырех частей. Это беспоршневой роторный мотор с ромбовидным ротором. Преимущество двигателя: это новый тип двигателя небольшого размера, с высокой мощностью, высоким крутящим моментом, который может работать на множестве источников энергии.

В настоящий момент квазидвигатель не используется ни на одном автомобиле, поэтому невозможно проверить, подходит ли он для замены обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания или в качестве лучшей альтернативы обычным роторным моторам. Квазидвигатель все еще находится в стадии создания прототипа.

5. Роторный двигатель

Внутреннее пространство корпуса роторного двигателя всегда разделено на три рабочие камеры. Во время движения ротора объем трех рабочих камер постоянно изменяется. Двигатель также имеет четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск последовательно завершаются в циклоидальном цилиндре.

Роторный двигатель сильно отличается от обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Себестоимость производства роторных моторов существенно больше, также как и их последующее обслуживание и ремонт. Кроме того поршневой двигатель по сравнению с роторным эффективней с точки зрения мощности, веса, выбросов и энергопотребления.

В сочетании с этим, а также в связи со странности технологий роторного двигателя, крупные автомобильные компании пришли к выводу, что использование роторных силовых агрегатов в автопромышленности бессмысленно. Так как роторные моторы не показали своих преимуществ перед обычными, у автомобильных компаний не появилось энтузиазма по их дальнейшей разработке. Только компания Mazda до сих пор тратит огромные деньги на разработку новых поколений роторных моторов.

6. Двигатель Green Steam

Green Steam – эффективный, экономичный и простой двигатель, разработанный изобретателем Робертом Грином из Лагуна Вудс, Калифорния, США. Этот мотор преобразует избыточное тепло в водяной пар, который и приводит в движение силовой агрегат. Легкий и компактный двигатель Green Steam преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное. Его основной характеристикой является гибкий вал, который передает возвратно-поступательное движение от поршней к кривошипу «Z», таким образом, совершая вращательное движение, не используя запястья, шатуны или коленчатые валы.

Этот мотор может использоваться для воздушных насосов, генераторов, водяных насосов, воздуходувок горячего воздуха, аппаратов дистилляции воды, тепловых насосов, кондиционеров, модельных самолетов и т. д.

Одним из наиболее уникальных преимуществ двигателя является его способность генерировать энергию из тепла двигателей. По существу, отработанное тепло выхлопных газов от двигателя транспортного средства может быть преобразовано в энергию, используемую для некоторых систем охлаждения и насосов транспортного средства. Этот двигатель повысит уровень эффективности любого транспортного средства или системы машины, на которой он установлен.

7. Двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга относится к типам силовых агрегатов внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменении давления. Принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянном сжатии рабочего цилиндра, в результате чего происходит нагревание его внутренней части, а затем охлаждение. Из-за перепада давления из цилиндра извлекается энергия, образуемая при изменении давления. Обычно в качестве рабочего тела используется водород или гелий. Но чаще в таких моторах используется воздух.

Двигатели Стирлинга отлично подходят для преобразования тепла в электроэнергию. Например, многие специалисты считают, что эти моторы подходят для солнечных электрических установок.

То есть это идеальные силовые агрегаты для преобразования солнечной энергии в электричество.

8. Радиальный двигатель (звездообразный)

Звездообразный двигатель представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры расположены вокруг коленчатого вала. Один поршень соединен с коленвалом через главный шатун. Остальные поршни прикреплены через шатуны к кольцам главного ведущего шатуна.

Двигатель преимущественно создан для использования в самолетах. До появления реактивных двигателей в большинстве поршневых авиационных двигателей использовались подобные звездообразные конструкции силовых агрегатов. Эти моторы, как правило, устанавливались на самолеты небольшой дальности. Остальные самолетные моторы имели V-образную форму.

Некоторые современные легкие самолеты до сих пор оснащаются радиальными моторами.

Ряд компаний продолжает строить радиальные системы сегодня. Например, вот современный авиационный радиальный 9-цилиндровый двигатель Веденеев мощностью 360–450 л. с., который в настоящий момент используется на самолетах Яковлева и Сухого.

Разновидности ДВС: какие существуют двигатели внутреннего сгорания

Поршневой ДВС (двигатель внутреннего сгорания) является тепловой машиной и работает по принципу сжигания смеси топлива и воздуха в камере сгорания. Главной задачей такого устройства выступает преобразование энергии сгорания топливного заряда в механическую полезную работу.

Не смотря на общий принцип действия, сегодня существует большое количество агрегатов, которые существенно отличаются друг от друга благодаря целому ряду индивидуальных конструктивных особенностей. В этой статье мы поговорим о том, какие бывают двигатели внутреннего сгорания, а также в чем состоят их главные особенности и отличия.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Начнем с того, что ДВС может быть двухтактным и четырехтактным. Что касается автомобильных моторов, указанные агрегаты четырехтактные. Такты работы двигателя представляют собой:

  • впуск топливно-воздушной смеси или воздуха (что зависит от типа ДВС);
  • сжатие смеси горючего и воздуха;
  • сгорание топливного заряда и рабочий ход;
  • выпуск из камеры сгорания отработавших газов;

По такому принципу работают как бензиновые, так и дизельные поршневые моторы, которые нашли широкое применение в автомобилях и на другой технике. Также стоит упомянуть и агрегаты на газу, в которых газовое топливо сжигается аналогично дизтопливу или бензину.

Бензиновые силовые агрегаты

Что касается поршневых бензиновых моторов, такие двигатели имеют систему зажигания для воспламенения рабочей смеси от искры. Системы питания в таких агрегатах могут быть карбюраторными или инжекторными (впрысковыми).

Приготовление рабочей смеси в карбюраторных ДВС происходит в карбюраторе, далее смешанный бензин и воздух подаются во впускной коллектор. Сегодня такие системы считаются устаревшими, так как не способны обеспечить двигателю должную экологичность и экономичность.

Впрысковые ДВС по типу конструкции системы питания бывают моноинжекторными (моновпрыск) или системами с распределенным впрыском. В первом случае схема предполагает наличие только одной форсунки, которая впрыскивает горючее во впускной коллектор. Решения с распределенным впрыском имеют отдельную форсунку на каждый цилиндр, которая установлена рядом с впускными клапанами.

Дальнейшее развитие систем топливоподачи привело к появлению моторов с прямым (непосредственным) впрыском. Главным их отличием от предшественников является то, что воздух и топливо подается в камеру сгорания отдельно. Другими словами, форсунка устанавливается не над впускными клапанами, а монтируется прямо в цилиндр.

Подобное решение позволяет подавать топливо напрямую, причем сама подача разделена на несколько этапов (подвпрысков). В результате удается добиться максимально эффективного и полноценного сгорания топливного заряда, двигатель получает возможность работать на бедной смеси (например, моторы семейства GDI), падает расход топлива, снижается токсичность выхлопа и т.д.

Читать еще:  Как заменить крестовину карданного вала

Дизельные моторы

Дизельный двигатель работает на дизтопливе, а также в значительной мере отличается от бензинового. Основное отличие заключается в отсутствии искровой системы зажигания. Воспламенение смеси топлива и воздуха в дизеле происходит от сжатия.

Если просто, сначала в цилиндрах сжимается воздух, который сильно нагревается. В последний момент происходит впрыск солярки прямо в камеру сгорания, после чего нагретая и сильно сжатая смесь воспламеняется самостоятельно.

Однако в списке минусов таких агрегатов можно выделить чувствительную топливную систему, а также больший вес и меньшие скорости в режиме максимальных оборотов. Дело в том, что дизель изначально «тихоходный» и имеет меньшую частоту вращения коленчатого вала по сравнению с бензиновыми ДВС.

Дизели также отличаются большей массой, так как особенности воспламенения от сжатия предполагают более серьезные нагрузки на все элементы такого агрегата. Другими словами, детали в дизельном моторе более прочные и тяжелые. Также дизельные моторы более шумные, что обусловлено процессом воспламенения и сгорания дизельного топлива.

Роторный двигатель

Двигатель Ванкеля (роторно-поршневой двигатель) представляет собой принципиально иную силовую установку. В таком ДВС привычные поршни, которые совершают возвратно-поступательные движения в цилиндре, попросту отсутствуют. Главным элементом роторного мотора является ротор.

Указанный ротор вращается по заданной траектории. Роторные ДВС бензиновые, так как подобная конструкция не способна обеспечить высокую степень сжатия рабочей смеси.

Если говорить о минусах, то стоит выделить заметно сниженный ресурс сравнительно с поршневыми агрегатами, а также высокий расход топлива. Также роторный двигатель отличается повышенной токсичностью, то есть не совсем вписывается в современные экологические стандарты.

Гибридный двигатель

Гибридный силовой агрегат фактически является сочетанием поршневого бензинового или дизельного ДВС и электромотора. Также в конструкции присутствует тяговая аккумуляторная батарея, которая питает электродвигатель.

Также во время работы гибридной установки активно используется схема рекуперации энергии. Например, во время торможения двигателем работает генератор, который подзаряжает тяговый аккумулятор. Такое сочетание двух типов силовых установок позволяет получить улучшение разгонной динамики (особенно когда одновременно задействован ДВС и электромотор), наблюдается существенная экономия топлива и малый выброс токсичного выхлопа.

Компоновка и технические характеристики ДВС

Еще стоит добавить, что существуют многочисленные разновидности двигателей внутреннего сгорания, которые отличаются друг от друга по компоновке и расположению цилиндров.

Дело в том, что пространство в моторном отсеке ограничено, при этом на разных автомобилях возникает необходимость уместить в таком пространстве агрегат с тем или иным количеством цилиндров.

Как правило, по компоновке на большинстве машин чаще всего можно встретить:

  • рядный двигатель;
  • V-образный мотор;
  • оппозитный двигатель;

Рядный двигатель означает, что все его цилиндры расположены в одной плоскости. Рядные «четверки» (4-х цилиндровый мотор) являются самым распространенным типом ДВС. Рядные «шестерки» также весьма популярны, они меньше вибрируют, имеют приемлемую мощность, однако такой двигатель получается достаточно длинным.

Еще одним вариантом является V-образный двигатель. Цилиндры в таком моторе располагаются в двух плоскостях, напоминая литеру «V». Подобный ДВС имеет 6 или 8 цилиндров (V6 или V8), при этом длина двигателя сравнительно с рядным мотором меньше, хотя ширина закономерно увеличивается. Еще добавим, что угол между плоскостями принято называть углом развала.

Добавим, что существуют так называемые двигатели типа VR. Их особенностью является малый угол развала, позволяя уменьшить размеры ДВС в длину и ширину. Также стоит упомянуть мощные W-двигатели. Указанные силовые агрегаты многоцилиндровые (например, W12) Что касается компоновки, конструкция может включать в себя сразу три ряда цилиндров, которые расположены под большим углом развала.

Еще одним вариантом является расположение тех же трех рядов цилиндров, при этом угол развала максимально уменьшен (как и в случае с VR-компоновкой). Как правило, именно последний вариант прижился на мощных легковых авто класса «премиум», спорткарах и солидных внедорожниках. Дело в том, что даже при таком количестве цилиндров двигатель все равно отличается компактностью.

Основные технические параметры ДВС

Двигатели внутреннего сгорания также имеют целый ряд характеристик и параметров, которые закладываются конструктивно. Если просто, речь идет о рабочем объеме, степени сжатия, мощности и крутящем моменте и т.д.

Естественно, чем большим окажется показатель крутящего момента, тем большей будет тяга. Другими словами, от данного показателя зависит разгонная динамика. Что касается мощности двигателя, это величина, которая отображает произведенную работу за единицу времени.

Увеличение крутящего момента и мощности возможно посредством двух способов:

  • больший рабочий объем;
  • сжигание большего количества топливно-воздушной смеси;

Если просто, в первом случае речь идет о физическом увеличении камеры сгорания и объема цилиндров. Во втором подразумевается принудительная подача воздуха в цилиндры под давлением для сжигания большего количества топлива.

Как правило, мощные двигатели с большим объемом атмосферные, то есть «засасывают» наружный воздух в цилиндры самостоятельно благодаря возникающему разрежению от движения поршней. Мощные агрегаты, при этом обладающие меньшим объемом, оснащаются механическими компрессорами или турбонаддувом. В таких ДВС воздух нагнетается принудительно, то есть поступает в камеру сгорания под давлением.

Что в итоге

Как видно, приведенный выше материал дает общее представление о том, какие есть двигатели внутреннего сгорания. При этом даже с учетом общего принципа действия, силовые агрегаты могут значительно отличаться по таким показателям, как компоновка, мощность, крутящий момент, расход горючего и т.д.

Более того, даже двигатели, схожие по конструкции (например, рядный четырехцилиндровый мотор), могут иметь разное количество впускных и выпускных клапанов на один цилиндр (например, 8-и и 16-клапанные моторы).

По этой причине для объективной оценки производительности того или иного двигателя на разных оборотах, причем не на коленвалу, а на колесах, необходимо проводить специальные комплексные замеры на динамометрическом стенде.

Усовершенствание конструкции поршневого двигателя, отказ от КШМ: бесшатунный двигатель, а также двигатель без коленвала. Особенности и перспективы.

Моторы линейки TSI. Конструктивные особенности, преимущества и недостатки. Модификации с одним и двумя нагнетателями. Рекомендации по эксплуатации.

Конструктивные особенности двигателей GDI с непосредственным впрыском от моторов с распределенным впрыском топлива. Режимы работы, неисправности GDI.

Дизельный мотор TDI. Отличительные особенности двигателя данного типа. Преимущества и недостатки, ресурс, особенности турбонаддува. советы по эксплуатации.

Двигатель семейства FSI: отличия, особенности, плюсы и минусы силового агрегата данного типа. Распространенные проблемы двигателей FSI, обслуживание мотора.

Линейка дизельных двигателей CRDi Hyundai/KIA: сильные и слабые стороны моторов данного типа, особенности эксплуатации, ремонта и обслуживания.

Типы автомобильных двигателей и их параметры

В автомобилестроении применяются четырехтактные моторы:

4. Выпуск.
Но существуют и двухтактные версии двигателей внутреннего сгорания, но в современном мире, они имеют ограниченное применение.

В данной статье будут рассмотрены только моторы, устанавливающиеся на автомобили.

Разновидности двигателей по использующемуся топливу

Бензиновые моторы, как понятно из названия используют в качестве топлива для работы — бензин с различным октановым числом, и имеют систему принудительного поджига топливной смеси при помощи электрической искры.

Могут разделяться по типу впуска на карбюраторные и инжекторные. Карбюраторные моторы уже пропадают из производства из-за сложности в точной настройке, высокого потребления бензина, неэффективности смешивания топливной смеси и несоответствия современным жестким экологическим требованиям. В таких моторах, смешивание горючей смеси начинается в камерах карбюратора и заканчивается по пути во впускном коллекторе.

Инжекторные агрегаты развиваются большими темпами, и система впрыска топлива улучшается с каждым поколением. Первые инжектора имели «моновпрыск» с единственной форсункой. По сути, это была модернизация карбюраторных моторов. Со временем, на большинстве агрегатов, начали использоваться системы с отдельными форсунками на каждый цилиндр. Использование форсунок в системе впуска, позволило точнее контролировать пропорции топлива и воздуха в разных режимах работы агрегата, снизить расход топлива, увеличить качество топливной смеси, увеличить мощность и экологичность силовых агрегатов.

Современные форсунки, устанавливающиеся на силовые агрегаты с системой непосредственного впрыска топлива в цилиндры, способны производить несколько отдельных впрысков топлива за один такт. Это позволяет еще улучшить качество топливной смеси и добиваться максимальной отдачи энергии от используемого количества бензина. То есть, еще больше увеличилась экономия и производительность моторов.

Дизельные агрегаты — используют принцип воспламенения смеси дизельного топлива и воздуха при нагреве от сильного сжатия. При этом, в дизельных агрегатах не используются системы принудительного поджига. Данные моторы имеют ряд преимуществ перед бензиновыми, в первую очередь — это экономность топлива (до 20%), при сравнительной мощности. Топливо меньше расходуется из-за большей степени сжатия в цилиндрах, что улучшает характеристики горения и отдачи энергии топливной смеси, а следовательно, и топлива необходимо меньшее количество для достижения таких же результатов. Кроме этого, дизельные агрегаты не используют дроссельные заслонки, что улучшает поступление воздуха в силовой агрегат, что еще уменьшает расход топлива. Дизеля развивают больший крутящий момент, и на более низких оборотах коленчатого вала.

Не обошлось без недостатков. Из-за увеличенной нагрузки на стенки цилиндров, конструкторам пришлось использовать более надежные материалы, и увеличивать размеры конструкции (увеличение веса и удорожание производства). Кроме этого, работа дизельного силового агрегата — громкая из-за особенностей воспламенения топлива. А увеличенная масса деталей не позволяет мотору развивать высокие обороты с такой же скоростью, как и бензиновые, и максимальное значение оборотов коленчатого вала — ниже, чем у бензиновых агрегатов.

Читать еще:  Как снять шкив коленвала ваз 2107 (инжектор) самому: инструкции с фото

Разновидность ДВС по конструкции

Гибридный силовой агрегат

Преимущества комбинирования выражаются в способности совмещать энергию двух агрегатов при разгоне, или использование каждого типа двигателя по отдельности, в зависимости от необходимости. К примеру, при движении в городской пробке — может работать только электродвигатель, экономя дизельное топливо. При движении по загородным дорогам, работает ДВС, как более выносливый, мощный и с большим запасом хода агрегат.

При этом, специальная батарея для электромоторов, способна подзарядиться от генератора, или используя систему рекуперации при торможении, что позволяет экономить не только топливо, но и электричество, необходимое для зарядки батареи.

Роторно-поршневой мотор

Благодаря такой конструкции, двигатель быстро набирает обороты, что увеличивает динамические характеристики автомобиля. Но с развитием классической конструкции ДВС, двигателя Ванкеля начали терять свою актуальность из-за конструктивных ограничений. Принцип движения поршня не позволяет добиться большой степени сжатия топливной смеси, что исключает использование дизельного топлива. А малый ресурс, сложность обслуживания и ремонта, а также — слабые экологические показатели не позволяют автопроизводителям развивать данное направление.

Разновидности силовых агрегатов по компоновке

Из-за необходимости уменьшения веса и габаритов, а также, размещения большего числа поршней в одном агрегате привело к появлению разновидностей моторов по компоновке.

Рядные моторы

Рядный двигатель — это самый классический вариант силового агрегата. В котором все поршни и цилиндры располагаются в один ряд. При этом, современные моторы с рядной компоновкой вмещают в себе не более шести цилиндров. Но именно шестицилиндровые рядные двигатели, имеют наилучшие показатели по уравновешиванию вибрации при работе. Единственный минус — это значительная длина мотора, относительно других компоновок.

V-образные моторы

Данные моторы появились в следствии желания конструкторов уменьшить габариты двигателей, и необходимости разместить более шести поршней в одном блоке. В данных моторах, цилиндры находятся в разных плоскостях. Визуально, расположение цилиндров образует букву «V», откуда и пошло название. Угол между двумя рядами называется углом развала, и варьируется в широком диапазоне, разделяя данный тип моторов на подгруппы.

Оппозитные моторы

Оппозитные двигателя, получили максимальный угол развала в 180 градусов. Что позволило конструкторам снизить высоту агрегата до минимальных размеров, и распределить нагрузку на коленчатый вал, увеличивая его ресурс.

VR моторы

Это комбинация свойств рядных и V-образных агрегатов. Угол развала в таких двигателях достигает 15 градусов, что позволяет использовать одну головку блока цилиндров с единым механизмом газораспределения.

W-образные моторы

Одни из самых мощных и «экстремальных» конструкций ДВС. Могут иметь три ряда цилиндров с большим углом развала, или два совмещенных VR блока. На сегодняшний день, распространение получили моторы на восемь и двенадцать цилиндров, но конструкция позволяет использовать и большее количество цилиндров.

Характеристики двигателя внутреннего сгорания

Просмотрев множество информации про различные автомобили, любой интересующийся человек, увидит определенные основные параметры мотора:

• Мощность силового агрегата, измеряющуюся в л.с. (или кВт*ч);

• Максимальный крутящий момент развиваемый силовым агрегатом, измеряющийся в Н/м;

Большинство автолюбителей, разделяют силовые агрегаты, только по мощности. Но данное разделение не совсем верное. Безусловно, агрегат в 200 «лошадей», предпочтительнее двигателя в 100 «лошадей» на тяжелом кроссовере. А для легкого городского хэтчбека, хватит и 100 сильного мотора. Но есть некоторые нюансы.

Максимальная мощность, указанная в технической документации, достигается при определенных оборотах коленвала. Но используя автомобиль в городских условиях, водитель редко раскручивает мотор выше 2 500 оборотов в минуту. Поэтому, большее время эксплуатации машины, задействована только часть потенциальной мощности.

Но, часто, бывают случаи на дороге. Когда необходимо резко увеличить скорость для обгона, или для ухода от аварийной ситуации. Именно максимальный крутящий момент влияет на способность агрегата быстро набрать требуемые обороты и мощность. Если сказать проще, крутящий момент влияет на динамику автомобиля.

Стоит отметить небольшую разницу между бензиновыми и дизельными моторами. Двигатель работающий на бензине — выдает максимальный крутящий момент при оборотах коленчатого вала от 3 500 до 6 000 в минуту, а дизельные моторы могут достигать максимальных параметров при более низких оборотах. Поэтому, многим кажется. Что дизельные агрегаты мощнее и лучше «тянут». Но, большинство самых мощных агрегатов используют бензиновое топливо, так как они способны развить большее число оборотов в минуту.

А для подробного понимания термина крутящий момент, следует посмотреть на единицы его измерения: Ньютоны умноженные на метры. Другими словами, крутящий момент определяет силу, с которой поршень давит на коленчатый вал, а тот в свою очередь передает мощность на коробку передач, и в конечном итоге — на колеса.

Также, можно упомянуть про мощную технику, у которой максимальный крутящий момент может достигаться при оборотах в 1 500 в минуту. В основном — это трактора, мощные самосвалы, и некоторые дизельные вездеходы. Естественно, таким машинам нет необходимости раскручивать мотор до максимальных значений оборотов.

Основываясь на приведенной информации, можно сделать вывод, что крутящий момент зависит от объема силового агрегата, его габаритов, размеров деталей и их веса. Чем тяжелее все эти элементы, тем более преобладает крутящий момент на низких оборотах. Дизельные агрегаты имеют больший крутящий момент и меньшие обороты коленчатого вала (большая инертность тяжелого коленвала и других элементов не позволяют развивать больших оборотов).

Мощность автомобильного двигателя

Стоит признать, что мощность и крутящий момент — это взаимосвязанные параметры, зависящие друг от друга. Мощность — это определенное количество работы, произведенная мотором за время. В свою очередь, работа мотора — это крутящий момент. Поэтому, мощность характеризуется как количество крутящего момента за единицу времени.

Существует известная формула, характеризующая отношение мощности и крутящего момента:

Мощность = крутящий момент * обороты в минуту / 9549

В итоге, получим значение мощности в киловаттах. Но естественно, просматривая характеристики автомобилей, нам привычнее видеть показатели в «л.с.». Для перевода киловатт в л.с. необходимо умножить получившееся значение на 1,36.

ДВС и его виды

Двигателей внутреннего сгорания за последние 200 лет придумали великое множество, это поршневые двигатели, роторные, газотурбинные, реактивные, турбореактивные и множество их разновидностей и модификаций, но наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, нет в мире практически ни одного человека, не сталкивавшегося в своей жизни, и не использовавшего данный чудесный агрегат. Объять необъятное невозможно, да и скучно, поэтому пробежимся по основным видам данных моторов, основным принципам их действия, применении, и особенностях.

Для начала попробуем немного разбить разнообразие и классифицировать наиболее популярные модификации.

– двухтактные с впускной системой золотникового типа

– двухтактные в спускной системой оборудованной лепестковым клапаном.

– четырехтактные простейших конструкций (нижнеклапанные, карбюраторные)

– четырехтактные усовершенствованной конструкции (верхнеклапанные, с верхним расположение распредвала, с простыми системами впрыска топлива)

– четырехтактные современной конструкции (атмосферные и с турбонаддувом, изменением фаз газораспределения, изменением конфигурации впускного тракта, непосредственным впрыском топлива)

– двухтактные с турбонаддувом и без

– четырехтактные с механической системой управления впрыском топлива (форкамерные и с непосредственным впрыском)

– четырехтактные с аккумуляторной системой впрыска топлива (common rail и аналоги)

И так, начнем, все пишу из головы, картинки не мои, поэтому могут быть неточности, это мое хобби, ковыряться в автомобилях и прочей технике.

Двухтактные поршневые двс, в народе – двухтактники. Эти моторы получили огромное распространение в тех областях, где необходима компактность и низкий вес. Это различный ручной бензоинструмент, мопеды и мотоциклы, модели, бензогенераторы. Также реже, но двухтактные моторы используются в качестве стартера – пускача на тяжелых моторах промышленной техники (на бульдозерах к примеру). В далекие годы, фирма SAAB ставила двухтактные моторы на автомобили модели 95, где они не прижились (наши инвалидки с мотоциклетным двигателем не в счет, хотя тоже стоит упомянуть)

Исходя из названия становится понятно, что рабочий цикл этих моторов состоит всего из двух тактов, а именно:

1. сжатие совмещенное с впуском рабочей смеси в картер

2. рабочий ход совмещенный с выпуском и наполнением цилиндра свежей ТВС из картерного пространства.

схематичное изображение двухтактного мотора рассмотрим ниже

Здесь изображен двухтактный двигатель с впуском золотникового типа, где роль золотника выполняет поршень. Данный тип моторов наиболее распространен на различного рода бензоинструменте и старых советских мотоциклах.

Принцип его работы очень прост. Поршень, при вращении коленвала совершает обратно-поступательное движение в цилиндре, который в большинстве случаев представляет собой монолитную отливку из чугуна или алюминия, либо залитую в алюминий чугунную гильзу. При движении вверх поршень закрывает собой выпускное окно в цилиндре и продувочные окна по его бокам, и почти одновременно открывает впускное окно. В картере, при движении поршня вверх, образуется разряжение, благодаря которому происходит всасывание свежей топливовоздушной смеси в картерное пространство, одновременно поршень сжимает рабочую смесь в камере сгорания, и при достижении определенного угла поворота коленвала (обычно 25 градусов до верхней мертвой точки) происходит воспламенение рабочей смеси и начинается второй такт, во время которого поршень, под действием расширяющегося газа, двигается вниз до тех пор, пока не откроет выпускное окно, куда устремляется отработавший газ, одновременно с этим поршень перекрывает своей юбкой впускное окно и начинает сжимать свежую ТВС в картерном пространстве. Опускаясь ниже, поршень открывает продувочные окна, расположенные по бокам цилиндра, их можно увидеть здесь

Читать еще:  Описание панели приборов ваз 2112: обозначения, ремонт европанели, схема и фото

и топливная смесь благодаря избыточному давлению в картере, поступает по продувочным окнам в цилиндр, вытесняя остатки отработавших газов. И так по кругу.

Бывает, что в двигателе устанавливается отдельный золотник, схематично изображенный здесь

В таком случае поршень не перекрывает впускное окно, за него это делает золотник, прорезью в котором регулируется фаза впуска, но такие системы используются разве что в авиамодельных калильных двухтактниках, работающих на эфире.

Теперь мы плавно подошли к такому понятию, как фазы впуска и выпуска. Фаза, это время, в течении которого открыто соответствующее окно в цилиндре, измеряется это время в градусах поворота коленвала, и схематично изображается так

Фазы двухтактного двигателя сильно отличаются от таковых в четырехтактных ДВС, это сплошная фаза перекрытия, о чем мы поговорим в теме про 4 такта.

Из графика мы видим, что выпускное окно открывается раньше продувочного, но продувочное закрывается позже выпускного, дабы улучшить наполнение и впустую не выдувать смесь в выхлоп. Настройка фаз зависит от требуемых параметров мотора, от резонансной частоты глушителя и длины впуска. Золотниковые моторы не славятся особой эластичностью, как правило они настроены на определенный узкий режим работы, к котором выдают заявленную мощность. Например в бензогенераторах, где моторы настраиваются на работу на 3000 обмин, впускное окно закрывается раньше, так как скорость невысока, наполнение происходит быстро, глушитель большой, с низким резонансом, такие фазы называют “узкими” или низовыми. В бензопилах наоборот, рабочий режим находится на 12000-15000 обмин, глушитель маленький, с высоким резонансом, скорость вращения коленвала очень большая, и времени на наполнение цилиндра очень мало, поэтому фаза впуска делается как можно шире, дабы ТВС успела перетечь в цилиндр. Золотниковый впуск вообще сильно ограничивает возможности двухтактника, делает диапазон работы узким, съедает эластичность, так как разряжение в картере в разных режимах работы появляется в разное время, и вне рабочего диапазона мотор хотел бы начать наполнение цилиндра, да золотник закрыт, и наоборот, на низких оборотах, из-за инерционности воздушного потока, ТВС, из-за создавшегося избыточного давления в картере, но не закрывшемся впускном окне, частично вылетает обратно во впуск, в таких режимах мотор становится вялым, “не тянет”. Дабы исключить эти негативные явления, светлые умы убрали золотник и придумали новую схему впуска – с лепестковым обратным клапаном, выглядит он примерно так

Устанавливается в конце впускного патрубка, на месте его соединения с картером двигателя.

Впускной патрубок у нас переехал с цилиндра на картер, стал меньше передавать тепло к карбюратору, а заодно и дал нам огромное преимущество, теперь свежая ТВС может поступать в картер по любому требованию и при первой-же возможности, а вот назад из картера во впуск ее не выпустит клапан, покинуть картер она может только через продувочное окно. Данная конструкция кардинально улучшила качество продувки цилиндра и позволила снимать с двухтактников просто чумовую литровую мощность. В завершении обзора самого мотора стоит сказать о том, что в двухтактных моторах не используются подшипники скольжения, так как картер участвует в процессе смесеобразования и там нельзя расположить подшипники скольжения, требующие постоянной подачи масла. Двухтактный мотор полностью смазывается топливовоздушной смесью, именно поэтому бензин для них смешивается со специальным двухтактным маслом, которое отличается способностью к полному сгоранию. Твс на пути к воспламенению смазывает коренные шариковые подшипники коленвала и игольчатые подшипники нижней головки шатуна, также масло оседает на стенках цилиндра и попадает во втулку поршневого пальца. Работа двухтактника на чистом бензине – смерть. Бензин обычно мешается в пропорциях от 1:50, до 1:30. То есть от 20 до 30 мл масла на литр бензина. Это золотая середина, чем сильнее форсирован двигатель, тем более жирную пропорцию стоит выбирать, но лить больше 30мл не стоит, это приведет только к повышенному нагарообразованию, кашу маслом можно и подпортить. Многие двигатели на мопедах и мотоциклах оборудуются автоматическими системами подачи масла, в этом случае масло заливается в отдельный бак и подается масляным насосом во впуск в установленной производителем пропорции.

Мы плавно подошли к самой интересной теме касаемо двухтактников, это выхлопная система. Вообще, настройка данных двигателей это искусство, найти баланс среди резонансов и фаз, и получить наибольшую отдачу это кайф. Ни один двухтактник не может работать без выпускной системы, точнее работать то он будет, но выдаст в лучшем случае половину мощности, и глушителя у двухтактника в общем то и нет, точнее он может быть, но только в качестве оконечного компонента выпускной системы. Основная-же деталь называется резонатор. Наибольшее распространение получили два типа резонаторов: четвертьволновой и полуволновой.

Типичный четвертьволновой резонатор

На данном фото изображен разрезанный заводской четвертьволновой резонатор совмещенный с глушителем. Четвертьволновым он называется, так как ударная волна (фронт высокого давления, движущийся из выпускного окна, отражается четыре раза, сначала он выходит из раструба и отражается от средней стенки, затем он отражается от переднего конуса, который фокусирует его снова на передней стенке, после чего он движется обратно к выпускному окну. Выпускная система входит в рабочий режим, когда низкое давление в приемной трубе помогает осуществить продувку цилиндра, а перед самым закрытием выпускного окна волна возвращается обратно и заталкивает обратно в цилиндр излишки вылетевшей во впуск рабочей смеси, однако достигает среза окна в момент, когда поршень его перекрыл и она упирается в его юбку. Получается некое подобие наддува, в таких режимах чувствуется резкий подхват и изменяется звук мотора. Четвертьволновики не слишком эффективны, зато тихие и компактные, за что их и любят. Также они позволяют при компактных размерах обладать довольно низкой частотой, что улучшает тягу на низких оборотах. Однако самая песня это полуволновые резонаторы, схематично они выглядят так

На технике, из-за больших габаритов, полуволновые резонаторы могут обладать очень причудливыми формами

Как уже стало понятно, волна в них переотражается всего один раз, резонансная частота зависит от длины приемной трубы, длины и угла раструба первого и второго конуса, и от длины цилиндрической вставки между ними. Такие резонаторы очень эффективны, однако работают в очень узком диапазоне оборотов, обычно не превышающем 1500 обмин. Используются в основном в авто и мотоспорте. Такие резонаторы очень громкие, поэтому всегда комплектуются оконечным прямоточным глушителем.

Двухтактные моторы надолго застолбили себе место в нашей жизни, так как они очень простые, легкие, и очень мощные. Они могут крутиться до запредельных оборотов, в них полностью отсутствует громоздкий механизм газораспределения, они не требовательны к впускному тракту, чем шире тем лучше, их почти не надо обслуживать, системы смазки у них нет. Эти качества очень востребованы в ручном инструменте, мобильных генераторах, в картинге, мотоспорте. С мотора объемом в 80кубиков можно снять до 20лс мощности, что является запредельной цифрой для четырехтактных атмосферников, которые как правило в двое тяжелее двухтактных моторов.

Однако они обладают и весомыми минусами:

1. Полное отсутствие экологичности. Топливо с маслом, отсутствие нормального контроля за смесеобразованием, эти факторы наливают кровью глаза гринписовцев, и эта проблема не решаема, некоторые производители пытаются прикрутить на пилу катализатор, но это больше для отмазки. Есть также системы впрыска, однако и они не способны решить проблему с вонючим выхлопом.

2. Низкая эффективность на низких оборотах. Для эффективного наполнения на низких оборотах резонатор двухтактника вырастет в двухсотлитровую бочку, да и эффективности не будет, поэтому о тракторной тяге на низах можно забыть.

3. Низкая долговечность, ресурс мотора не велик, из-за проблем со смазкой. Подшипники качения изнашиваются гораздо быстрее подшипников скольжения, да и поршневые кольца истончаются активнее, процесс износа поршневых колец еще усугубляет наличие большого обилия окон в цилиндре, из-за чего кстати поршень двухтактника имеет штифты фиксации поршневых колец, чтобы замок кольца не мог попасть в окно и разломать все к чертям.

4. Прожорливость. Аппетит у двухтактников конский, он самый большой среди поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Однако эти моторы чудесны в своей безумности. У кого был двухтактный мотоцикл – поймет меня.

Ну вот и закончили с первой частью. Далее у нас пойдут 4 такта, дизеля, можно поговорить о системах питания и прочих интересностях, если это кому-то интересно. Пост писал из головы одним махом, так что косяки вероятны, картинки гуглил, не мои.

Ссылка на основную публикацию