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

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливаются в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи частей, принцип его работы весьма прост. В рамках данной статьи мы рассмотрим устройство и принцип работы ДВС.
В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

В подавляющем большинстве легковых автомобилей устанавливают четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, поэтому мы и берём его за основу. Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового ДВС, предлагаем вам взглянуть на рисунок:
Устройство двигателя внутреннего сгорания
Топливно-воздушная смесь, попадая через впускной клапан в камеру сгорания (такт первый – впуск), сжимается (такт второй – сжатие) и воспламеняется от искры свечи зажигания.
При сжигании топлива, под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное давление, заставляющее поршень двигаться вниз к так называемой нижней мертвой точке (НМТ), совершая при этом такт третий – рабочий ход. Перемещаясь во время рабочего хода вниз, с помощью шатуна, поршень приводит во вращение коленчатый вал.

Затем, перемещаясь от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) поршень выталкивает отработанные газы через выпускной клапан в выхлопную систему автомобиля – это четвертый такт (выпуск) работы двигателя внутреннего сгорания.

Давайте ещё раз повторим определения, а затем посмотрим это видео.
Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом, в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.

Такт первый – ВПУСК. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом возникает разряжение и полость цилиндра ДВС заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Смесь, попадая в камеру сгорания, смешивается с остатками отработавших газов. В конце впуска давление в цилиндре составляет 0,07–0,095 МПа, а температура 80-120 ºС.

Такт второй – СЖАТИЕ. Поршень движется к ВМТ, оба клапана закрыты, рабочая смесь в цилиндре сжимается, а сжатие сопровождается повышением давления (1,2–1,7 МПа) и температуры (300-400 ºС).

Такт третий – РАСШИРЕНИЕ. При воспламенении рабочей смеси в цилиндре ДВС выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура (до 2500 градусов по Цельсию). Под давлением поршень перемещается к НМТ. Давление равно 4–6 МПа.

Такт четвертый – ВЫПУСК. Поршень стремится к ВМТ через открытый выпускной клапан, отработавшие газы выталкиваются в выпускной трубопровод, а затем в окружающую среду. Давление в конце цикла: 0,1–0,12 МПа, температура 600-900 ºС.

И так, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания устроен не очень сложно. Как говорится, все гениальное – просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, на котором также очень хорошо показан принцип работы ДВС.

Видео: как устроен двигатель внутреннего сгорания

Что такое двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Все двигатели преобразуют какую-нибудь энергию в работу. Двигатели бывают разные – электрические, гидравлические, тепловые и т.д., в зависимости от того, какой вид энергии они преобразуют в работу.
ДВС – двигатель внутреннего сгорания, это тепловой двигатель, в котором в полезную работу преобразуется теплота сгорающего в рабочей камере топлива, внутри двигателя. Также существуют двигателя с внешним сгоранием – это реактивные двигатели самолётов, ракет и т.д.
в этих двигателях сгорание внешнее, поэтому они называются двигателями с внешним сгоранием.

Но простой обыватель чаще сталкивается с двигателем автомобиля и понимают под двигателем именно поршневой двигатель внутреннего сгорания.

В поршневом ДВС, сила давления газов, возникающая при сгорании топлива в рабочей камере, воздействует на поршень, который совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре двигателя и передаёт усилие на кривошипно-шатунный механизм, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Но это очень упрощенный взгляд на ДВС. На самом деле, в ДВС сосредоточены сложнейшие физические явления, пониманию которых посвятили себя многие выдающиеся ученые.

Чтобы ДВС работал, в его цилиндрах, сменяя друг друга, происходят такие процессы, как подача воздуха, впрыск и распыление топлива, его смешивание с воздухом, воспламенение образовавшейся смеси, распространение пламени, удаление отработавших газов. На каждый процесс отводится несколько тысячных долей секунды.

Добавьте к этому процессы, которые протекают в системах ДВС: теплообмен, течение газов и жидкостей, трение и износ, химические процессы нейтрализации отработавших газов, механические и тепловые нагрузки. Это далеко не полный перечень. И каждый из процессов должен быть организован наилучшим образом. Ведь из качества протекающих в ДВС процессов складывается качество двигателя в целом – его мощность, экономичность, шумность, токсичность, надежность, стоимость, вес и размеры.

Двигателя внутреннего сгорания бывают разные: 2-х танктные, 4-х тактные, дизельные, бензиновые, со смешенным питанием, карбюраторные, инжекторные и т.д.
и это далеко не полный список! Как видите, вариантов двигателей внутреннего сгорания очень много, но если стоит затронуть классификацию ДВС, то для подробного рассмотрения всего объёма материала понадобится минимум 20-30 страниц – большой объём, не так ли? И это только классификация…
Принципиальный ДВС автомобиля НИВА

1 – Щуп для замера уровня масла в картере 2 – Шатун 3 – Маслозаборник 4 – Насос шестеренчатый 5 – Ведущая шестерня насоса 6 – Приводной вал НШ 7 – Подшипник скольжения (вкладыш) 8 – Вал коленчатый 9 – Манжета хвостовика коленчатого вала 10 – Болт для крепления шкива 11 – Шкив, служит для привода генератора, насоса водяного охлаждения 12 – Ремень клиноременной передачи 13 – Ведущая звездочка КШМ 14 – Звездочка привода НШ 15 – Генератор 16 – Лобовая часть ДВС 17 – Натяжитель цепи 18 – Вентилятор 19 – Цепь привода ГРМ 20 – Клапан впускной 21 – Клапан выпускной22 – Звездочка распределительного вала 23 – Корпус распределительного вала 24 – Вал распределительный ГРМ 25 – Пружина клапана 26 – Крышка ГРМ 27 – Крышка заливная 28 – Толкатель 29 – Втулка клапан 30 – Головка блока цилиндров 31 – Пробка системы охлаждения 32 – Свеча зажигания 33 – Прокладка головки блока цилиндров 34 – Поршень 35 – Корпус манжеты 36 – Манжета 37 – Полукольцо от осаго смещения 38 – Крышка опоры коленчатого вала 39 – Маховик 40 – Блок цилиндров 41 – Крышка картера сцепления42 – Поддон картера

Ни одна область деятельности несравнима с поршневыми ДВС по масштабам, количеству людей занятых в разработке, производстве и эксплуатации. В развитых странах деятельность четверти самодеятельного населения прямо или косвенно связана с поршневым двигателестроением.
Двигателестроение, как исключительно наукоемкая область, определяет и стимулирует развитие науки и образования. Общая мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания составляет 80 – 85% мощности всех энергоустановок мировой энергетики.
На автомобильном, железнодорожном, водном транспорте, в сельском хозяйстве, строительстве, средствах малой механизации, ряде других областей, поршневой ДВС как источник энергии пока не имеет должной альтернативы. Мировое производство только автомобильных двигателей непрерывно увеличивается, превысив 60 миллионов единиц в год.
Количество производимых в мире малоразмерных двигателей также превышает десятки миллионов в год. Даже в авиации поршневые двигатели доминируют по суммарной мощности, количеству моделей и модификаций и количеству установленных на самолеты двигателей.

В мире эксплуатируется несколько сотен тысяч самолетов с поршневыми ДВС (бизнес-класса, спортивных, беспилотных и т.д.). В США на долю поршневых двигателей приходится около 70% мощности всех двигателей, установленных на гражданских летательных аппаратах.

Но со временем всё меняется и скоро мы увидим и будем эксплуатировать принципиально другие типы двигателей, которые будет иметь высокие эксплуатационные показатели, высокий КПД, простота конструкции и главное – экологичность. Да, всё верно, главным минусом двигателя внутреннего сгорания является его экологическая характеристика.
Как бы не оттачивали работу ДВС, какие бы системы не внедряли, он всё равно оказывается существенное влияние на наше здоровье.
Да, теперь можно с уверенностью сказать, что существующая технология моторостроения чувствует “потолок” – это такое состояние, когда та, или иная технология полностью исчерпала свои возможность, полностью выжато, всё что можно было сделать – уже сделано и с точки зрения экологии принципиально НИЧЕГО уже не изменить в существующих типах ДВС.

Стоит вопрос: нужно полностью менять принцип работы двигателя, его энергоноситель (нефтяные продукты) на что-то новое, принципиально иное (водород, электричество, энергия атома, гравитацию, инерцию и т.д.). Но, к сожалению, это дело не одного дня или даже года, нужны десятилетия…

Пока ещё не одно поколение ученых и конструкторов будут исследовать и совершенствовать старую технологию постепенно подходя всё ближе и ближе к стенке, через которую уже будет невозможно перескочить (физически это не возможно). Еще очень долго ДВС будет давать работу тем, кто его производит, эксплуатирует, обслуживает и продает.
Почему? Всё очень просто, но в то же время эту простую истину далеко не все понимают и принимают. Главная причина замедления внедрения принципиально иных технологий – капитализм. Да, как бы это странно не звучало, но именно капитализм, та система, которая как кажется должна быть заинтересована в новых технологиях, тормозит развитие человечества! Всё очень просто – нужно зарабатывать.
Как же быть с теми нефтяными вышками, нефтезаводами и доходами?
ДВС «хоронили» неоднократно. В разное время на смену ему приходили электродвигатели на аккумуляторах, топливные элементы на водороде и многое другое. ДВС неизменно побеждал в конкурентной борьбе.
И даже проблема исчерпания запасов нефти и газа – это не проблема ДВС. Существует неограниченный источник топлива для ДВС.
По последним данным, нефть может восстанавливаться, а что это значит для нас ?

Характеристики ДВС

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т.
п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рисунок слева), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться.
Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент.

Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля.
В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.
Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике.

Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя.

Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.
Пунктирной линией на графике выше показаны более оптимальные характеристики двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания 3 (стр. 1 из 3)

Московский Автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет)
Двигатели внутреннего сгорания
Студент: Лазарев Р.
Преподаватель: Вахламов В.К.
Группа: 2Ап3
Москва 2010
Двигатель
Бензиновые и дизельные двигатели, их отличительные особенности. Какие из них имеют большее распространение на легковых автомобилях?
Двигатели бывают разные, их отличительные особенности заключаются в их строении, а так же классификации.
– Кол-во тактов (2-4)
– Типы смесеобразования (инжекторные и карбюраторные)
– Расположение цилиндров ( V , W, рядные ,оппозитные )
– Способ охлаждения (жидкостное, воздушное)
– По типу смазки – смешанный тип (масло смешивается с топливной смесью) и раздельный тип(масло находится в картере)
– Число цилиндров (1-16) * на легковых АМ и джипах, есть и больше
Главной отличительной особенность бензиновых двигателей является их мощность, а дизельных – их высокая экономичность и экологичность.
Различие бензиновых и дизелей состоит в способе смесеобразования и сгорания топлива. В бензиновых топливно-воздушную смесь поджигает свеча, в дизеле – давление ( оно же сжатие ). Так же по типу смесеобразования различают карбюраторные и инжекторные двигатели (в первом случае т-в смесь формируется в спец. устройстве – карбюраторе.)

Современные автомобили оснащены больше бензиновыми двигателями, нежели дизельными. А так же инжекторные, а не карбюраторные Распространенное кол-во цилиндров: 4 – рядные ; 6-8 V- образные.

Рабочий процесс двигателя
Рабочий процесс двигателей на современных машинах обычно имеет 4 такта
Впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.
При такте впуска поршень движется от ВМТ к НМТ. Выпускной клапан закрыт. Под действием вакуума, создаваемого при движении поршня, в цилиндр поступает горючая смесь через выпускной клапан, открытый распределительным валом. Горючая смесь перемешивается с остаточными отработавшими газами, образуя при этом рабочую смесь.
Такт сжатия происходит при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем рабочей смеси уменьшается, а давление в цилиндре повышается, что сопровождается увеличением температуры рабочей смеси.
При такте рабочего хода впускной и выпускной клапаны закрыты. Воспламененная в конце сжатия от свечи зажигания рабочая смесь быстро сгорает. Температура и давление образовавшихся газов в цилиндре возрастают.

Газы давят на поршень, он движется от ВМТ до НМТ и совершает полезную работу, вращая через шатун 2 коленчатый вал. По мере перемещения поршня к НМТ и увеличения объема пространства над ним давление в цилиндре уменьшается.

Снижается и температура газов.

Такт впуска происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной клапан закрыт. Отработавшие газы вытесняются поршнем из цилиндра через выпускной клапан, открытый распределительным валом. Давление и температура в цилиндре уменьшаются.
Основные параметры двигателя
Верхняя мертвая точка (ВМТ) – крайнее верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси коленчатого вала.
Нижняя мертвая точка (НМТ) – крайнее нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала.

Угол опережения зажигания — угол поворота кривошипа от момента, при котором на свечу зажигания начинает подаваться напряжение для пробоя искрового промежутка до занятия поршнем ВМТ

Расход топлива – Gт
Ход поршня (S) – расстояние между мертвыми точками, проходимое поршнем в течение одного такта рабочего цикла двигателя.
Такт – часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое.
Рабочий объем цилиндра (Vh ) – объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ.
Объем камеры сгорания (Vc ) – объем пространства над поршнем, находящимся в ВМТ.
Полный объем цилиндра (Va ) – объем пространства над поршнем, находящимся в НМТ.

Рабочий объем (литраж) двигателя – сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах.

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.
Что определяет внешняя скоростная характеристика двигателя?
Внешняя скоростная характеристика определяет возможности двигателя и характеризует его работу. По внешней скоростной характеристике определяют техническое состояние двигателя. Она позволяет сравнивать различные типы двигателей и судить о совершенстве новых двигателей.
Почему мощность и момент двигателя на автомобиле меньше указанных в технических характеристиках, каталогах, проспектах и т.п.?
Испытания автомобилей проводятся на спец стендах, где их ставят на площадку с подвижными валами. Отсутствует фактически сопротивление. Тестируется только двигатель. В конечном счете Автомобиль “подгоняют” под нормы выбросов, звука, давления воздуха, условиям эксплуатации, потому, после подгона, автомобиль не может развить стендовой мощности.
Перечислить основные части бензинного двигателя и дизеля и их назначение.
Двигатель можно рассортировать на 2 механизма и 4 системы.
Кривошипно-шатунный механизм
Газораспределительный механизм
Система питания
Система охлаждения
Система зажигания
Система смазки
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно – поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.
Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

• подвижные: поршень с кольцами, поршневой палец, шатун, головка цилиндра, коленчатый вал, маховик.
• неподвижные: блок цилиндров (является остовом двигателя внутреннего сгорания), головка блока, поддон, гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

Принцип действия
Прямая схема: Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала. С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал состоит из:

• шатунные шейки
• коренные шейки
• противовес

Кривошипно-шатунный гидравлический поворотный механизм
Обратная схема: Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразовывается в поступательное движение поршня.
Газораспределительный механизм (ГРМ)
(ГРМ) — механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.
Осуществляется путём перекрытия и открытия поршнямипродувочных оконцилиндров в двухтактных двигателях, либо открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (в четырехтактных двигателях), имеющих привод от распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма.
Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с каленвалом, реализованную с помощью шестерёнчатой, зубчато-ремённой или цепной передачи.

Как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня или цепи ГРМ приводит к выходу двигателя из строя по причине удара поршней о не вовремя открытые клапана.

Регулирование ГРМ крайне необходимо для работы двигателя. При неправильном его регулировании, зубья шестерней просто сточатся, либо двигатель вообще не заведется.
Фазы газораспределения
Продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называется фазами газораспределения.

Наивысшие мощностные показатели работы двигателя могут быть достигнуты при наилучшем наполнении цилиндров горючей смесью и наиболее полной их очистке от отработавших газов. Поэтому продолжительность фаз впуска и выпуска установлена более 180о за счет того, что моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положениями поршня в верхней и нижней мертвых точках.
В конце такта выпуска и в начале такта впуска происходит перекрытие клапанов, когда оба клапана открыты одновременно . Продолжительность перекрытия клапанов составляет для двигателя 20 и 50о . Перекрытие клапанов длится небольшой промежуток времени и не оказывает влияния на работу двигателя.
Системы
Смазочная система
Смазочная система двигателя за счет подачи масла к трущимся поверхностям обеспечивает:

• -уменьшение трения и повышение механического КПД двигателя;
• -уменьшение износа трущихся деталей;
• -охлаждение деталей двигателя и вынос продуктов износа из сопряжений деталей двигателя.

В смазочную систему входят:

• -масляный насос;
• -приемный патрубок с малой фильтрующей сеткой, прикрепленный к корпусу насоса;
• -полнопоточный масляный фильтр, установленный на левой передней стороне двигателя;
• -редукционный клапан давления масла, встроенный в приемный патрубок;
• -электрический датчик недостаточного давления масла.

Смазывание трущихся деталей наряду с подбором материалов и вида обработки их поверхностей эффективно повышает долговечность двигателя. Смазочная система также обеспечивает очистку циркулирующего масла от механических и других вредных примесей при прохождении его через масляный фильтр с бумажным фильтрующим элементом.
Масло для двигателя имеет комплекс присадок, обеспечивающих высокие смазочные свойства масла, стойкость против окисления и возможность работы в широком интервале температур.
Необходимый для нормальной работы двигателя запас масла находится непосредственно в картере двигателя. Заправку масла в картер двигателя производят через маслоналивную горловину, герметически закрываемую крышкой.

Отработанное масло сливают из системы через отверстие, закрытое резьбовой пробкой. Емкость масляной системы 3,75 л. Уровень масла контролируется по меткам на указателе.

Давление масла на прогретом двигателе при средних оборотах составляет 0,35-0,45 МПа (3,5-4,5 кгс/см2 )

Какие бывают двигатели ДВС?

Рядный шестицилиндровый двигатель является редким примером уравновешенного двигателя для авто, хотя это уже вымирающий вид подобных устройств. Мы спросили автоинструкторов, какой еще конструкции бывают ДВС, и на что эта конструкция влияет.

Когда конструкторская мысль бушевала…

В прошлом веке двигатель с 10 литрами мог быть одноцилиндровым или рядной «восьмеркой». В то время никто не удивлялся рядной «шестерке» с 23 литрами.
Но, по воспоминаниям опытных инструкторов по вождению, рост мощностей и жесткая борьба за уменьшение себестоимости сделали свое дело. Простейший мотор с одним цилиндром для автомобилестроителей остался в прошлом.
Сегодня средний объем цилиндра мотора обычного ТС составляет 300-600 см3.
Небольшие цилиндры сегодня устанавливаются на японские микролитражки.
Объем, к примеру, «четверки» у Subaru R1 составляет 658 см³. Что касается европейского производителя, то стоит отметить 3-хцилиндровый Smart с 799 литрами. У корейского трехцилиндрового Matiz — 796 «кубиков», а если рассматривать четырехцилиндровый, то там чуть больше — 995. Kia Picanto и Hyundai i10 оснащаются объемом 1086 см³.

Дешевле и проще

Любой нормальный конструктор хочет создать двигатель с упрощенным дизайном, легким в обслуживании и дешевым для производства. Самый простой мотор — это рядный (возьмем индексы R2, R3 и т.д.). Если расположить в ряд необходимое количество цилиндров, то мы получим рабочий объем.
Сегодня мода на двухцилиндровые двигатели набирает обороты, и все это благодаря турбонадуву, рядная «четверка» стоит в самом массовом диапазоне объема — 1-2,4 литра.
Пятицилиндровые моторы стали использоваться совсем недавно, примерно в 70-е годы прошлого столетия. Mercedes-Benz стал первым автомобилем «пятеркой». Чуть позже появился пятицилиндровый бензиновый двигатель с 2 литрами (Audi). Далее такие двигатели стали использоваться FIAT и Volvo.

Вымирающий вид

Рядные «шестерки» постепенно отходят на второй план, а «восьмерка» вообще стала не просто вымирающим, а уже вымершим видом. Все дело в том, что из-за количества цилиндров мотор получается длиннее, а это в свою очередь затрудняет компоновку.
Надо сказать, что два двигателя R3 вместе дают отличный результат — рядную «шестерку» высокого качества.

Чтобы укоротить рядный двигатель, его можно, так скажем, «распилить» на две части, установить их рядом и заставить работать одновременно на один коленвал. Получается V-образный двигатель.
А если у такого мотора цилиндры расположить друг против друга, то получится оппозитный двигатель или, как его называют, «боксер» (обозначение с буквой В).
Последние используются очень редко из-за своих размеров.
Возникает вопрос: почему не сделать такие двигатели еще более компактными, например, установив угол развала блока на 60°? Об этом, конечно, задумывались, но здесь мешает вибрация.

Чем помешали вибрации и инерция?

По словам специалистов, поршневой мотор внутреннего сгорания не может функционировать без вибраций, которые даже разрушают детали двигателя, да и комфорта при езде не предносят.
Вибрации образуются по нескольким причинам. Первая заключается в том, что вспышки в цилиндрах идут неравномерно. Вторая — это неравномерный разгон поршней при движении. Третья причина: шатун движется не просто вверх-вниз, его движение довольно сложное.
Что касается инерции, то ее сила от двух масс, которые вращаются на одном валу, формируют свободный момент. Поэтому появляются составляющие среди сил инерции с удвоенной, утроенной и т.д. частотой вращения коленвала. Это силы инерции высших порядков, и они настолько малы, что ими вполне можно пренебречь. А вот силы второго порядка следует принимать во внимание.

К тому же пары сил, имеющиеся на определенном расстоянии, также формируют моменты, особенно когда силы инерции в соседних цилиндрах направлены в совершенно разные стороны.

Чтобы уравновесить моменты и силы, конструкторы выбирают схему двигателя, где кривошипы и цилиндры коленчатого вала установлены так, что моменты и силы просто уравновесят друг друга, то есть будут направлены в разные стороны и будут равны.

Уравновешенные и не совсем

На сегодняшний момент из двухцилиндровых моторов применяется лишь один. Это рядный двигатель с коленчатым валом, где кривошипы идут в одно направление. По степени уравновешенности такой двигатель очень похож на одноцилиндровый, ведь оба поршня вверх и вниз движутся одновременно, то есть в так называемой фазе. Для уравновешивания использовались два вала с противовесами.
Чтобы уравновесить силы второго порядка, добавляются еще пара балансирных валов, однако это совсем неуместно для двухцилиндрового двигателя, предназначенного для дешевых и небольших автомобилей.
Трехцилиндровый двигатель уравновешен намного хуже, чем, например, рядная «четверка». Именно поэтому производители трехцилиндровых двигателей (Daihatsu и Subaru) оснащают моторы балансирными валами.

Чтобы уравновесить рядную «четверку», точнее свободную силу инерции 2-го порядка, применяется балансирный вал, который вращается в два раза быстрее. Чтобы компенсировать момент от балансирного вала ставится еще один вал, который вращается в противоположную сторону.

Это, конечно, дороговато. Но такие двигатели встречаются на Mitsubishi, Fiat, Ford, Saab и Volkswagen.
Ярким примером рядной «четверки» с установленными балансирными валами является двухлитровый мотор Audi.
Заметим, что оппозитная «четверка» уравновешена намного лучше, чем рядная. Но и «оппозитник» легендарного «Жука», и известные «боксеры» Subaru до сих пор обходятся без балансирных валов.
Видеоматериал о двигателе нового поколения — двигателе внешнего сгорания:
Легкой дороги и счастливого пути!
В статье использовано изображение с сайта widecars.ru

Двигатель внутреннего сгорания: виды, принцип действия, преимущества и недостатки

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – автомобильный механизм, работа которого зависит от преобразования одного вида энергии (в частности, химической реакции от сгорания топлива) в другой вид (механическую энергию для запуска автомобиля).
В качестве достоинств двигателя внутреннего сгорания, которые определяют его широчайшее использование, отмечают: автономность, относительно невысокая стоимость, возможность использования на различных потребителях, многотопливность (двс могут работать на бензине, дизельном топливе, газе и даже на спирте и рапсовом масле). Так же к достоинствам можно отнести достаточно высокую надежность ДВС и неприхотливость в работе, простоту обслуживания.
При этом двигатели внутреннего сгорания обладают рядом недостатков: низкий коэффициент полезного действия, токсичность, шумность.
Однако по сочетанию своих достоинств и недостатков на сегодняшний день в транспортной сфере (в качестве автомобильных двигателей) серьезных конкурентов у двигателей внутреннего сгорания нет, и в ближайшее время не предвидится.

Двс могут разделяться по нескольким категориям

По типу преобразования энергии:

• турбинные;
• поршневые;
• реактивные;
• комбинированные

По типу рабочего цикла:

• с 2-мя тактами цикла;
• с 4-мя тактами цикла

По типу топлива, которое используется:

• на бензине;
• на дизеле;
• на газе

Устройство ДВС

ДВС имеет достаточно сложное устройство, которое может быть оснащено:

• корпусом (блоком и головкой цилиндров);
• рабочими механизмами (кривошипно-шатунным и газораспределительным);
• различными системами (топливной, впускной, выпускной, смазки, зажигания, охлаждения и управления).

КШМ (кривошипно-шатунный механизм) обеспечивает движение возвратно-поступательного характера поршня и обратное вращательное движение вала.

Газораспределительный механизм предназначен для подачи топлива и воздуха в цилиндры, для вывода отработанной газовой смеси.
Топливная система предназначена для обеспечения автомобильного двигателя топливом.
Система впуска отвечает за своевременную подачу воздуха в ДВС, а система выпуска – за вывод отработанных газов, уменьшения уровня шума от работы цилиндров, а также снижения их токсичности.
Система впрыска обеспечивает доставку ТПС в двигатель ВС.
Система розжига (зажигания) выполняет функцию розжига смеси воздуха и топлива, которая поступает в ДВС.

Система смазки обеспечивает своевременную смазку всех внутренних частей и деталей двигателя.

Система охлаждения обеспечивает интенсивное охлаждение рабочей системы ДВС во время работы.
Система управления отвечает за контроль над слаженной работой всех важных систем ДВС.

Принцип работы ДВС

Двигатель работает на тепловой энергии газов, образующихся при сгорании используемого топлива, что в свою очередь запускает поршневое движение в цилиндре. ДВС работает циклически. Для того чтобы повторялся каждый последующий цикл, отработанная смесь удаляется, а в поршень поступает новая часть топлива и воздуха.
В современных моделях автомобилей используются двигатели, работающие на 4-х тактах. Работа такого двигателя основана на четырех равных по времени частях. Такт – это процесс, который осуществляется в цилиндре автомобильного двигателя за один рабочий ход (поднятие/опускание) поршня.
Поршень в цилиндре осуществляет четыре тактовых движения – два вверх и два вниз. Тактовое движение начинается с крайней точки (нижней или верхней) и проходит следующие этапы: впуск, сжатие, движение и выпуск.
Более детально рассмотрим особенности работы ДВС на каждом из тактов.
Такт впуска

Впуск начинается в крайней точке (МТ – мертвая точка). Не имеет значения, с какой точки начинается движение, с верхней МТ или нижней МТ. Начиная свое движение в цилиндре, поршень захватывает поступившую топливно-воздушную смесь при открытом клапане впуска. При этом ТВС может образовываться как во впускном коллекторе, так и в камере сгорания.

Такт сжатия
При сжатии клапаны впуска полностью закрыты, ТВС начинает сжиматься непосредственно в цилиндрах. Это происходит за счет обратного поршневого движения от одной МТ к другой. При этом ТВС сжимается до размера самой камеры сгорания. Сильное сжатие обеспечивает более продуктивную работу ВДС.
Такт движения (рабочий ход)
На данном такте осуществляется розжиг воздушно-топливной смеси. Это может быть как путем самовоспламенения (для дизельных двигателей), так и принудительным воспламенением (для бензиновых двигателей).
Вследствие возгорания ВТС происходит быстрое образование газов, энергия которых воздействует на поршень, приводя его в движение. КШМ трансформирует поступательные поршневые движения во вращательные вала.

Клапаны системы на такте движения, как и на такте сжатия должны быть полностью закрытыми.

Такт выпуска
На последнем такте выпуска происходит открытие всех выпускных клапанов, после чего газораспределительный механизм удаляет отработанные газы из ДВС в выпускную систему, где происходит очистка, охлаждение и снижение уровня шума. В конце происходит полный выброс газов в атмосферу.
После завершения такта выпуска, циклы повторяются, начиная с такта впуска.
Видео, в котором наглядно показывается устройство и работа двигателя внутреннего сгорания:

Параметры двигателей автомобиля

Want create site? Find Free WordPress Themes and plugins.
Сердце автомобиля – ДВС или двигатель внутреннего сгорания, сложный технологический узел, обладающий множеством параметров. Их необходимо знать автолюбителю, чтобы ориентироваться при выборе автомобиля и ориентироваться во время эксплуатации и при ремонте. Наиболее значимыми параметрами являются:

• Объем камер сгорания – определяет показатель расхода топлива и в значительной степени мощности;
• Мощность – измеряется в киловаттах, но чаще используются лошадиные силы;
• Крутящий момент – тяговое усилие;
• Расход топлива – показатель указывается в литрах на 100 км. При этом учитываются дорожные условия: город, шоссе, смешанный режим;
• Расход масла — тут важно учитывать тип, а порой и марку потребляемого масла.

Типовые параметры работы двигателей

Существует разделение ДВС на такие типы:

• Бензиновые – часто используются в гражданском автомобилестроении, наиболее распространенный тип;
• Дизельные – эти агрегаты отличаются надежностью и экономичностью. При этом несколько уступают бензиновым аналогам в динамике (набор скорости), но выигрывают по показателям проходимости. Широко используются военными, распространены в гражданском автомобилестроении;
• Газовые – используют в качестве топлива сжиженный, природный, сжатый газ, который закачивается в специальные баллоны;

В список можно включить гибридные газодизельные агрегаты и роторно-поршневые. Последний тип широко использовался авиацией до середины XX века, в современных условиях встречается редко.

Количество цилиндров двигателя

Количество цилиндров в ДВС определяют его мощность. В процессе технической и технологической эволюции их количество постепенно увеличилось с 1 до 16. С увеличением количества цилиндров сами агрегаты становились больше. Решением в части экономии пространства стала концепция расположения цилиндров.

Расположение цилиндров

Существует такое понятие, как конфигурация двигателя, она определяется компоновкой цилиндров, их расположением.
Можно выделить 2 основных типа – рядный, когда цилиндры расположены в ряд и V-образный. Второй тип наиболее часто используется в современном автопроме.
В этом случае цилиндры располагаются под углом и соединяются с коленчатым валом, образуя латинскую букву V. Такая компоновка имеет подвиды:

• W-образное расположение цилиндров;
• Y-образное расположение цилиндров.

Реже применяются компоновки, образующие форму латинских букв U и H.

Объем двигателя

Рабочий объем ДВС определяет его мощность. Этот параметр измеряется в см3, но чаще в литрах. Он определяется путем суммирования внутреннего объема всех цилиндров силового агрегата. За основу в вычислениях берется поперечное сечение цилиндра и умножается на длину хода по нему поршня.
В результате получается рабочий объем.
Параметр также определяет во многих странах мира сумму сборов. Соответственно чем больше объем, тем мощнее двигатель, а значит, его владелец заплатит больший взнос. Перспективным направлением разработок современности являются ДВС с изменяемым объемом.
Это технология, когда при определенных условиях цилиндры отключаются.

Материал, из которого изготавливается двигатель

Основным материалом в производстве двигателей являются металлы и их сплавы:

• Чугун – обеспечивает надежность и прочность, но минусом является внушительный вес;
• Алюминиевые сплавы – дают неплохую прочность, при этом легкие. Недостаток – большая стоимость;
• Магниевые сплавы – наиболее дорогостоящий материал, отличается высокой прочностью.

Многие производители автомобилей комбинируют материалы. Это во многом диктуется принадлежностью модели к тому или иному классу, что ставит ее в определенные ценовые рамки.

Мощность двигателя

Основополагающий параметр ДВС. Он измеряется в лошадиных силах, реже в кВт (киловатты). Мощность определяет скоростной предел и динамику разгона.
Это еще один важный момент в условиях высокой конкуренции между производителями. Серьезная борьба идет в сегменте премиумных, спортивных автомобилей, а также в классе роадстеров и мускулкаров.
Здесь разгон от 0 до 100 км/ч играет важную роль и может быть меньше 4 секунд.

Крутящий момент

Крутящий момент – параметр, определяющий тяговую силу мотора, обозначается Н/м (Ньютоны на метр). Значение непосредственно связано с мощностью и динамикой, хотя и не является для них определяющим.
В значительной степени крутящий момент влияет на «эластичность» силового агрегата. Под этим словом подразумевается возможность ускоряться при низких оборотах. Соответственно, чем больше ускорение, тем эластичней мотор.

Расход топлива

Показатель потребления топлива двигателем зависит от его рабочего объема, а соответственно мощности. Основополагающую роль играет тип топливной системы:

• Карбюраторная;
• Инжекторная.

Измеряется показатель в литрах на 100 км.
Техническая документация современных автомобилей предоставляет данные о расходе топлива при нескольких режимах движения: езда по городу, трассе, смешанный тип.
В некоторых моделях, преимущественно внедорожниках, указывается расход при движении в условиях бездорожья, так как задействуются все 4 колеса и потребление бензина, дизеля значительно возрастает.

Тип топлива

ДВС могут потреблять разные виды топлива, но в основном используются:

• Бензин – продукт переработки нефти-сырца или вторичной перегонки нефтепродуктов. Основополагающим показателем является октановое число, которое указывается в цифрах. Буквенное сочетание, стоящее перед цифрами «АИ» означает: А – бензин автомобильный; И – октановое число определено исследовательским способом. Если этой буквы в маркировки нет, значит, октановое число выведено моторным методом.Российские стандарты предусматривают такие марки бензина: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее востребованными в настоящее время являются марки с октановым числом 92,95,98;
• Дизель или дизельное топливо – получается путем промышленного перегона нефти. В его состав входят 2 вещества: 1. Цетан – легковоспламеняющийся компонент, чем его содержание больше, тем выше качество топлива; 2. Метилнафталин – не горючий компонент.Основополагающими характеристиками дизеля являются: прокачиваемость и воспламеняемость. В зависимости от спецификации подразделяется на: летнее, зимнее, арктическое (ориентировано на использование при экстремально низких температурах).

Также ДВС в качестве топлива может использовать газы: метан, пропан, бутан. Для этого на автомобиль устанавливаются специальные системы.

Расход масла

Показатель расхода масла указывается производителем автомобиля в технической документации к нему. Нормальным считается потребление смазки в соотношении 0,8–3% от потребляемого количества топлива. Также на этот показатель влияет размер двигателя, он увеличивается на больших, мощных агрегатах, особенно дизельных.
Различают расход масла:

• Штатный – испарение смазочного материала с цилиндров, выдавливание через картер газами, смазка компрессора турбины;
• Нештатный – течи уплотнений, потеря масла через сальники коленвала, маслосъемные поршневые кольца, перемычки поршня, когда происходит их разрушение.

К чрезмерному расходу приводит использование масла низкого качества и несоответствующей требованиям технической эксплуатации марки.

Ресурсная прочность

Ресурсная прочность – показатель, определяющий частоту проведения ТО. Измеряется пробегом. Оптимальное количество пройденных километров от 5000 до 30 000. Этот показатель дает возможность рассчитать максимальный срок эксплуатации силового агрегата.

Тип топливной системы

На бензиновые и дизельные моторы устанавливаются разные типы топливных систем. Бензиновые агрегаты могут оснащаться карбюраторной или инжекторной системой. Первая основана на механическом принципе, подача топлива регулируется дроссельной заслонкой.
Второй тип – инжекторный позволяет осуществлять настройки с помощью электронных средств. Это значительно увеличивает КПД двигателя, сокращает расход топлива.
Дизельные агрегаты оснащаются ТНВД (топливными насосами высокого давления). Это устройство считается устаревшим и ненадежным.
Чаще всего оно используется совместно с форсунками, обладающими функциями насоса. Но сами по себе они не могут обеспечить стабильную работу двигателя.

Тип бензиновой системы впуска

Существует 2 разновидности топливных бензиновых систем: карбюраторная, инжекторная. Они отличаются конструктивным устройством, а также принципами подачи топлива в цилиндры:

• Карбюратор вливает бензин сплошным потоком, что затрудняет его смешивание с воздухом и детонацию. Это приводит к увеличенному расходу топлива, снижению технических характеристик мотора;
• Инжекторная система превращает топливо в мелкодисперсную субстанцию – распыляет его. Это дает ему возможность быстро смешиваться с воздухом внутри цилиндра и приводит к увеличению характеристик двигателя и уменьшению расхода топлива.

Тип бензиновой системы впрыска

Существует одноточечная и многоточечная система впрыска. Первая не используется на современных моторах, вторая, в свою очередь, многоточечная система бывает:

• Распределенной. Она обеспечивает стабильную работу силового агрегата, но не обеспечивает высокую динамику и не увеличивает мощность;
• Прямой. В этом случае обеспечивается оптимальный расход топлива, увеличивается мощность двигателя и его ресурсная прочность. Недостатком системы является нестабильность работы на малых оборотах. Также минусом можно считать высокую требовательность к качеству бензина.

Дизельная система впрыска

Классическая схема впрыска топлива дизельного ДВС выглядит так:

• ТНВД – топливный насос высокого давления подает горючее в рампу;
• В рампе дизельное топливо нагнетается и с помощью форсунок-насосов подается в камеру сгорания.

На сегодняшний день это наиболее надежная схема впрыска дизельного топлива.

Форсунки впрыска

По принципу работы форсунки впрыска бывают:

• Механические;
• Пьезотронные.

Последние обеспечивают плавную работу двигателя. Больше ни на какие характеристики мотора форсунки впрыска не влияют.

Количество клапанов

Клапана, их количество влияет на показатель мощности мотора. Считается, что при большем количестве клапанов, работа двигателя становится плавнее. Устанавливаются они на впуск и выпуск цилиндра от 2 до 5 штук. Недостатком большого количества клапанов является увеличенный расход топлива.

Компрессор

Главная функция компрессора – повышение мощности ДВС без увеличения его размеров. Это делается с помощью нагнетания в камеру сгорания большего объема воздуха, что позволяет делать взрыв топливной смеси более мощным.
Устанавливается компрессор на впускную систему автомобиля. Компрессор приводится в движение механическим способом через соединение с коленвалом. Это делается посредством ремня или цепи.
Турбокомпрессор нагнетает воздух под действием потока газов, которые крутят турбину, отвечающую за подачу дополнительной порции атмосферной массы.
Компрессоры по принципу подачи воздуха делятся на:

• Центробежные – простая конструкция, где нагнетателем является крыльчатка;
• Роторные – воздух нагнетается кулачковыми валами;
• Двухвинтовые – функции нагнетателей выполняют винты, расположенные параллельно друг другу.

Система газораспределения

ГРМ или газораспределительный механизм отвечает за потоками газов в цилиндре. Он также выполняет функцию переключателя фаз процесса распределения. Принцип действия основан на блокировании и открывании впускных и выпускных отверстий камер сгораний. Это делается при помощи регулировочных элементов:

• Клапанов;
• Валов с приводами;
• Толкателей;
• Коромысел;
• Шлангов.

По принципу управления процессом распределения газов ГРМ разделяются на:

• Клапанные;
• Золотниковые;
• Поршневые.

Did you find apk for android? You can find new Free Android Games and apps.

Двигатель автомобиля (ДВС). Типы двигателей

_____________________________________________________________________________________________________________________

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – одно из главных устройств в конструкции автомобиля, служащее для преобразования энергии топлива в механическую энергию, которая, в свою очередь, выполняет полезную работу.
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания 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 кривошипно-шатунный механизм. Его энергия вращения передается трансмиссии автомобиля.
Для запуска двигателя внутреннего сгорания часто используется стартер – 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 топливную систему, 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 системы зажигания: 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.