Двигатель (ДВС): устройство, принцип работы, классификация

Что такое ДВС и для чего он нужен?

Устройство двигателя

Чтобы транспортное средство двигалось, что-то должно приводить его в движение. В разное время это были запряженные животные, затем пришли на смену паровым и электрическим двигателям (да, прародители современных автомобилей появились еще до традиционных двигателей внутреннего сгорания), затем двигатели, работающие на топливе.

Современный двигатель внутреннего сгорания — это механизм, преобразующий энергию вспышки (тепла) топлива в механическую работу. Несмотря на довольно громоздкую конструкцию, двигатель внутреннего сгорания на сегодняшний день остается самым доступным источником энергии.

Электротранспорт, конечно, становится все более распространенным, но время его «заправки» сводит на нет все плюсы: в багажник нельзя ставить тару с электричеством.

ДВС нашел свое применение во многих отраслях: автомобили, мотоциклы и скутеры, сельскохозяйственная и землеройная техника, морской транспорт, авиационные двигатели, военная техника, газонокосилки работают по тому же принципу… То есть почти все, что движется или летает.

Газораспределительный механизм

Задача этого механизма — своевременная подача горючей смеси или ее компонентов в цилиндр, а также отвод продуктов сгорания.

Двухтактные двигатели не имеют механизма как такового. В нем подача смеси и отвод продуктов горения осуществляются технологическими окнами, выполненными в стенах обшивки. Таких окон три: вход, байпас и выход.

Поршень при движении открывает и закрывает то или иное окно, так гильза заполняется топливом и удаляются выхлопные газы. Использование такого газораспределителя не требует дополнительных агрегатов, поэтому ГБЦ такого двигателя простая, а ее задача — только обеспечить герметичность цилиндра.

4-х тактный двигатель имеет механизм газораспределения. Топливо для такого двигателя подается через специальные отверстия в головке. Эти отверстия закрываются клапанами. При необходимости подачи топлива или выхлопных газов из цилиндра открывается соответствующий клапан. Открытие клапанов обеспечивает распредвал, который своими кулачками в нужный момент давит на нужный клапан и открывает его отверстие. Распредвал приводится в движение коленчатым валом.

Ремень ГРМ и цепная передача

Времена могут отличаться. Двигатели выпускаются с нижним распределительным валом (расположен в блоке цилиндров) и верхним распределительным валом (в головке блока цилиндров). Передача усилия от вала к клапанам происходит через штоки и коромысла.

Наиболее распространены двигатели, в которых и вал, и клапаны находятся наверху. При таком расположении вал также находится в головке блока цилиндров и воздействует непосредственно на клапан, без промежуточных элементов.

Цилиндро-поршневая группа

В эту группу входят гильзы цилиндров, поршни, поршневые кольца и пальцы. Именно в этой группе происходит процесс горения и передача энергии, выделяющейся для преобразования. Горение происходит внутри гильзы, которая с одной стороны закрыта головкой блока, а с другой — поршнем. Сам поршень может перемещаться внутри гильзы.

Для обеспечения максимального уплотнения внутри гильзы используются эластичные ленты, предотвращающие утечку смеси и продуктов сгорания между стенками гильзы и поршнем.

Поршень подвижно соединен с шатуном с помощью пальца.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, во время такта «впуска» чистый воздух поступает в цилиндры дизеля. Во время такта «сжатия» воздух нагревается до 600 ° C. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенное количество топлива, которое самовоспламеняется.

Вход. Когда поршень перемещается из ВМТ в ВМТ из-за разрежения в воздушном фильтре, атмосферный воздух попадает в цилиндр через открытый впускной клапан. Давление воздуха в баллоне 0,08 — 0,095 МПа, температура 40 — 60 ° С.

Сжатие. Поршень перемещается из ВМТ в ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, поэтому движущийся вверх поршень сжимает поступающий воздух. Для воспламенения топлива температура сжатого воздуха должна быть выше температуры самовоспламенения топлива. Во время хода поршня в ВМТ дизельное топливо, подаваемое топливным насосом, впрыскивается через форсунку.

Расширение или рабочий ход. Топливо, впрыскиваемое в конце такта сжатия, смешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газа достигает 6-9 МПа, а температура составляет 1800-2000 ° С. Под действием давления газа поршень перемещается из ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. В районе НМТ давление падает до 0,3 — 0,5 МПа, а температура — до 700 — 900 ° C.

Публикация. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, и выхлопные газы выталкиваются из цилиндра через открытый выпускной клапан. Давление газа падает до 0,11 — 0,12 МПа, а температура — до 500-700 ° С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Вспомогательные системы

В устройство автомобильного двигателя входят дополнительные контуры, отвечающие за подачу топлива, смазку и охлаждение агрегата, а также за отвод выхлопных газов. От правильного функционирования этих агрегатов во многом зависит время работы двигателя, поэтому разберем их более подробно.

Газораспределение

Механизм газораспределения управляет движением впускных и выпускных клапанов, в состав агрегата входят:

• распредвал;
• сами клапаны;
• клапанные приводы;
• блок синхронизации.

Зажигание

Зажигание требуется только для бензиновых силовых агрегатов — поскольку топливо внутри цилиндров этих агрегатов не может воспламениться само по себе, необходима искра.
Схема работы и устройство системы зажигания ДВС:

• От аккумуляторной батареи (а при работающем двигателе — от генератора) напряжение поступает на катушку зажигания.
• Накопление энергии (катушка) преобразует ее в ток, достаточный для возникновения разряда.
• Распределитель распределяет ток по бронепроводам на каждый цилиндр. (В новых машинах это происходит под контролем электронного блока управления).

Топливоподача

Хотя принцип зажигания смеси на бензиновых и дизельных двигателях разный, в остальном схема топливного тракта для них одинакова:

1. Из бензобака топливо закачивается в топливопровод.
2. Кроме того, топливо через различные фильтры попадает в смесительный узел, карбюратор или форсунку, где обогащается воздухом.
3. Состав попадает в свечи зажигания или форсунки, а оттуда — в камеру цилиндра (на бензиновых двигателях внутреннего сгорания топливо сначала подается во впускной коллектор).

В бензиновых двигателях с системой впрыска топливо подается через форсунку, которая распыляет его в выхлопную трубу, где топливо смешивается с кислородом.

На автомобилях с дизельным двигателем топливо и кислород подаются отдельно. Топливо под высоким давлением впрыскивается форсунками, а воздух поступает через газораспределительный механизм.

Бензиновые двигатели с прямым впрыском работают аналогично дизельным двигателям.

Смазка

Система смазки позволяет снизить силу трения, защитить металл от разрушения, отвести лишнее тепло и удалить продукты сгорания. Узел состоит из:

• маслопроводы;
• фильтр;
• радиатор, охлаждающий масло;
• масляный стаканчик;
• масляный насос, подающий смазку из поддона в рециркуляцию.

Охлаждение

Компоненты трансмиссии нагреваются до чрезвычайно высоких температур, поэтому их необходимо охлаждать, чтобы избежать повреждения или деформации деталей. На относительно простых устройствах (скутерах или мопедах) температура двигателя падает из-за набегающего потока воздуха, но для мощных автомобильных двигателей этого недостаточно. У них есть отдельный контур, по которому течет теплоноситель:

• Радиатор состоит из множества труб, по которым жидкость охлаждается за счет теплопередачи.
• Вентилятор направляет воздушный поток к радиатору, улучшая теплопередачу.
• Водяной насос циркулирует и непрерывно подает охлажденную жидкость в самые горячие зоны.
• Термостат отвечает за переключение потока между внешним и внутренним кругом.

Сначала жидкость движется по внутреннему контуру. Термостат срабатывает, когда он нагревается до заданного порога (обычно около 90 °), после чего переключает поток на внешний круг (через радиатор).

Основные элементы бензинового двигателя

Чтобы все такты мотора выполнялись своевременно и с максимальной эффективностью, силовой агрегат должен состоять только из качественных деталей. В устройство всех поршневых двигателей внутреннего сгорания входят следующие детали.

Блок цилиндров

По сути, это корпус бензинового двигателя, в котором выполнены каналы рубашки охлаждения, места для крепления шпилек и сами цилиндры. Есть модификации с отдельно установленными цилиндрами.

В основном эта деталь изготавливается из чугуна, но для экономии веса на некоторых моделях автомобилей производители могут делать алюминиевые блоки. Они более хрупкие, чем классический аналог.

Поршень

Эта часть, которая является частью узла цилиндр-поршень, принимает на себя действие расширяющихся газов и оказывает давление на кривошип коленчатого вала. При выполнении тактов впуска, сжатия и выпуска эта деталь создает в цилиндре разрежение, сжимает смесь бензина и воздуха, а также выводит из полости продукты сгорания.

Устройство, разновидности и принцип действия этого элемента подробно описаны в другом обзоре. Словом, со стороны клапана он может быть плоским или с выемками. С внешней стороны он соединен стальной шпилькой с шатуном.

Для предотвращения выхода выхлопных газов в пространство вторичного поршня при выталкивании выхлопных газов во время рабочего хода эта часть оснащена несколькими уплотнительными кольцами. Об их функциях и дизайне есть отдельная статья .

Шатун

Эта деталь соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала. Конструкция этого элемента зависит от типа двигателя. Например, в V-образном двигателе два шатуна от каждой пары цилиндров прикреплены к шейке шатуна коленчатого вала.

Для изготовления этой детали в основном используется высокопрочная сталь, но иногда встречаются и алюминиевые аналоги.

Коленчатый вал

Это вал, состоящий из кривошипов. К ним подключаются шатуны. Коленчатый вал имеет по крайней мере два основных подшипника и противовес, которые компенсируют вибрации для равномерного вращения оси вала и гасят силу инерции. Более подробная информация об устройстве в этой части описывается отдельно .

С одной стороны установлен зубчатый шкив. С противоположной стороны к коленчатому валу крепится маховик. Благодаря этому элементу есть возможность запустить двигатель при помощи стартера.

Клапаны

В верхней части двигателя клапаны установлены в головке блока цилиндров. Эти элементы открывают / закрывают входную и выходную двери на желаемый ход.

В большинстве случаев эти детали подпружинены. Они приводятся в движение распределительным валом. Этот вал синхронизируется с коленчатым валом посредством ременной или цепной передачи.

Свеча зажигания

Многие автомобилисты знают, что дизельный двигатель работает за счет нагрева сжатого воздуха в цилиндре. При впрыске дизельного топлива в эту среду топливовоздушная смесь сразу воспламеняется от температуры воздуха. С бензиновым агрегатом ситуация иная. Чтобы смесь загорелась, нужна электрическая искра.

Если компрессию в бензиновом двигателе внутреннего сгорания увеличить до значения, близкого к таковому у дизельного двигателя, то, имея более высокое октановое число, бензин с сильным нагревом может воспламениться раньше, чем необходимо. Это повредит устройство.

Вилка питается от системы зажигания. В зависимости от модели автомобиля эта система может иметь разное устройство. Подробности о разновидностях описаны здесь .

Вспомогательные рабочие системы бензинового двигателя

Ни один двигатель внутреннего сгорания не может работать самостоятельно без вспомогательных систем. Чтобы двигатель автомобиля завелся, он должен быть синхронизирован с такими системами:

1. Топливо. Он подает бензин по магистрали к форсункам (если это узел впрыска) или к карбюратору. Эта система задействована в подготовке военно-технического сотрудничества. В современных автомобилях воздушно-топливная смесь управляется электроникой.
2. Включить. Это электрическая часть, которая обеспечивает двигатель стабильной искрой для каждого цилиндра. Эти системы бывают трех основных типов: контактные, бесконтактные и микропроцессорные. Все они определяют, когда необходима искра, генерируют высокое напряжение и передают импульс соответствующей свече зажигания. Ни одна из этих систем не будет работать, если датчик положения коленчатого вала неисправен .
3. Смазка и охлаждение. Чтобы детали двигателя выдерживали большие нагрузки (постоянная механическая нагрузка и воздействие очень высоких температур, в некоторых отделах она поднимается до более 1000 градусов), им необходима постоянная и качественная смазка, а также охлаждение. Это две разные системы, но смазка в двигателе также отводит часть тепла от очень нагретых частей, таких как поршни.
4. Я разгружаюсь. Чтобы машина с работающим двигателем не пугала окружающих оглушительным звуком, она получает качественную выхлопную систему. Помимо бесшумной работы автомобиля, эта система обеспечивает нейтрализацию вредных веществ, содержащихся в выхлопе (для этого в машине должен присутствовать каталитический нейтрализатор).
5. Распределение газа. Это часть двигателя (синхронизация находится в головке блока цилиндров). Распределительный вал поочередно открывает впускные / выпускные клапаны, так что цилиндры вовремя совершают соответствующий ход.

Это основные системы, от которых может работать установка. Помимо них силовой агрегат может получить и другие механизмы, повышающие его КПД. Примером этого является фазовращатель. Этот механизм позволяет снять максимальный КПД при любых оборотах двигателя. Регулирует высоту и время открытия клапана, что влияет на динамику машины. Принцип действия и виды таких механизмов подробно рассматриваются отдельно .

Электрооборудование

Он снабжает это оборудование электричеством в бортовую сеть автомобиля, включая систему зажигания. Это оборудование также используется для запуска двигателя. В его состав входят аккумулятор, генератор, стартер, жгут проводов, всевозможные датчики, контролирующие работу и состояние двигателя.

В этом весь прибор двигателя внутреннего сгорания. Хотя он постоянно совершенствуется, принцип его действия не меняется, совершенствуются только отдельные узлы и механизмы.

Тип топлива

Также следует помнить об октановом числе топлива, используемого в различных типах двигателей внутреннего сгорания.

Чем выше октановое число топлива, тем выше степень сжатия, что приводит к увеличению КПД двигателя внутреннего сгорания.

Но есть и двигатели, для которых повышение октанового числа выше установленного производителем приведет к преждевременному выходу из строя. Это может произойти при сгорании поршней, разрушении колец и засорении камер сгорания.

Система имеет собственное минимальное и максимальное октановое число, для чего требуется двигатель внутреннего сгорания.

Как сохранить работоспособность бензинового двигателя при многолетней эксплуатации?

Каждый автовладелец задумывается о том, как продлить срок службы силового агрегата своего автомобиля. Прежде чем рассматривать, что он может с этим поделать, стоит рассмотреть наиболее важный фактор, влияющий на работоспособность двигателя. Это качество сборки и технология, которую автопроизводитель использует при создании той или иной силовой установки.

Вот основные шаги, которые должен выполнить каждый автомобилист:

• Осуществляйте техническое обслуживание вашего автомобиля в соответствии с предписаниями производителя;
• Заправляйте бак только качественным бензином и двигателем соответствующего типа;
• Используйте моторное масло, разработанное для конкретного двигателя внутреннего сгорания;
• Не использовать агрессивный стиль вождения, часто доводя двигатель до максимальных оборотов;
• Выполните профилактику неисправностей, например, настройку зазора клапанов. Одним из важнейших элементов двигателя является его ремень. Даже если визуально он выглядит так, как будто он все еще в хорошем состоянии, все равно необходимо заменить его, как только придет время, указанное производителем. Этот элемент подробно обсуждается отдельно .

Поскольку двигатель является одним из важнейших компонентов автомобиля, каждый автомобилист должен прислушиваться к его работе и быть внимательным даже к небольшим изменениям в его работе. Вот на что может указывать неисправность силового агрегата:

• Во время работы появились посторонние звуки или усилились вибрации;
• Двигатель внутреннего сгорания потерял динамику и потерял отдачу при нажатии педали акселератора;
• Повышенное горло (большой расход бензина может быть связан с необходимостью прогрева двигателя зимой или при смене стиля вождения);
• Уровень масла постоянно падает и смазку нужно постоянно доливать;
• Охлаждающая жидкость начала куда-то пропадать, но луж под машиной нет и бачок плотно закрыт;
• Синий дым из выхлопной трубы ;
• Колеблющиеся обороты — сами идут вверх-вниз, либо водителю постоянно нужен газ, чтобы двигатель не останавливался (в этом случае может быть неисправна система зажигания);
• Начинается плохо или вообще не хочет заводиться.

У каждого двигателя свои тонкости работы, поэтому автомобилист должен ознакомиться со всеми нюансами эксплуатации и обслуживания агрегата. Если автомобилист может самостоятельно заменить / отремонтировать какие-то детали или даже механизмы автомобиля, то ремонт агрегата лучше доверить специалисту.

Кроме того, предлагаем прочитать, что снижает работу бензинового двигателя .

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Несмотря на разнообразие типов и конструкций двигателей внутреннего сгорания, принцип его устройства остается практически неизменным на любой технике. Конечно, отдельные конструктивные элементы могут сильно различаться на разных двигателях, но компоненты и основные компоненты очень похожи друг на друга.

Следовательно, двигатель внутреннего сгорания состоит из таких конструктивных элементов.

1. Блок цилиндров (БЦ) — это «оболочка» ЦПГ и всего двигателя в целом, включая рубашку системы охлаждения.

   Цилиндрический блок

2. Кривошипно-шатунный механизм, он же КШМ, представляет собой агрегат, в котором прямолинейное движение поршня преобразуется во вращательное. Он состоит из коленчатого вала, поршней, шатунов, маховика и подшипников скольжения (вкладышей), на которых опираются коленчатый вал и шатуны.

   Кривошипно-шатунный механизм: 1 — цилиндр; 2 — маховик; 3 — шатунный подшипник; 4 — коленчатый вал; 5 — колено; 6 — коренной подшипник; 7 — шатун.

3. Газораспределительный механизм (ГРМ) — это система подачи топливовоздушной смеси в цилиндры и отвода выхлопных газов. Он состоит из распределительных валов, клапанов с коромыслами или шатунами, ремня ГРМ, благодаря которому вся система работает синхронно с частотой вращения коленчатого вала.

   Механизм газораспределения

4. Топливная система — это агрегат, в котором подготавливается топливовоздушная смесь, которая затем подается в камеры сгорания. В зависимости от конструкции топливная система может быть карбюраторной (одна форсунка на двигатель), инжекторной (форсунки устанавливаются перед впускным клапаном каждого цилиндра), с прямым впрыском (форсунка устанавливается внутри камеры сгорания). Включает топливный бак с фильтром и насосом, карбюратор (опция), впускной коллектор, форсунки, ТНВД (в дизельных двигателях), воздухозаборник с воздушным фильтром.

   Система электроснабжения

5. Система смазки двигателя — обеспечивает смазку каждого узла трения, а также участков, требующих дополнительного охлаждения (например, в нижней части поршней). Он состоит из масляного насоса, соединенного с коленчатым валом, системы труб и каналов, выходящих на пары сцепления, масляного фильтра, масляного поддона. В зависимости от конструкции различают двигатели с сухим и мокрым картером. В первом емкость для сбора моторного масла расположена отдельно, во втором — непосредственно под двигателем.

   Система смазки двигателя: 1 — масляный насос; 2 — пробка сливного отверстия картера; 3 — маслоприемник; 4 — редукционный клапан; 5 — отверстие для смазки шестерен ГРМ; 6 — датчик сигнальной лампы аварийного давления масла; 7 — датчик манометра масла; 8 — клапан маслоохладителя; 9 — маслоохладитель; 10 — масляный фильтр.

6. Система зажигания — нужна для воспламенения топливной смеси в камере сгорания. Применяется только в бензиновых двигателях, так как дизельное топливо воспламеняется от сжатия. Включает свечи зажигания, провода высокого напряжения, катушки зажигания и распределитель (распределитель) на старых двигателях. В современных двигателях система зажигания обходится без распределителя, а также без проводов: используется конструкция «катушка на вилке».

   Система зажигания двигателя: 1 — генератор; 2 — выключатель зажигания; 3 — распределитель зажигания; 4 — кулачок переключателя; 5 — свечи; 6 — катушка зажигания; 7 — аккумуляторная батарея.

7. Система охлаждения: обеспечивает поддержание заданной рабочей температуры двигателя. Система жидкостного охлаждения состоит из охлаждающей жидкости (охлаждающей жидкости, антифриза), рубашки охлаждения (сети камер и каналов внутри блока цилиндров), теплообменника (радиатора охлаждения), водяного насоса и термостата.

   Система охлаждения

8. Электрическая система является источником энергии, необходимой для запуска двигателя и поддержания его работы. Электрическая система включает аккумулятор, генератор, стартер, проводку и датчики двигателя.
9. Выхлопная система — удаляет продукты сгорания из двигателя, выполняет функцию доочистки выхлопных газов, регулирует шум двигателя. Состоит из выпускного коллектора, катализатора и сажевого фильтра (опция), резонатора, глушителя.

Система вытяжки

Каждая из этих частей постепенно развивается и совершенствуется в соответствии с требованиями времени. Желание увеличить мощность сменилось поиском более надежных и долговечных решений, поэтому появилась экономия топлива, и сегодня она заботится о природе.

Принцип работы двигателя

Все ДВС, независимо от их конструкции, используют один и тот же принцип работы. Это преобразование энергии теплового расширения при сгорании топлива сначала в прямолинейное движение, а затем во вращательное движение.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Такты четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике и авиации. Это так называемый классический тип двигателя внутреннего сгорания, которому конструкторы уделяют все свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 стадии (тактные). Они впускные, компрессионные, сгорающие, выпускные. На видео ниже наглядно показано, как четырехтактный двигатель работает в 3D-анимации.

1. Во время такта впуска поршень в цилиндре движется вниз от клапанов в нижнюю мертвую точку (НМТ). Когда он начинает опускаться, впускной клапан открывается, и топливно-воздушная смесь (или воздух, только если двигатель с прямым впрыском) попадает в цилиндр. При движении поршень сам «закачивает» необходимый объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, либо воздух поступает под давлением, если установлен турбонагнетатель.
2. При достижении нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. В то же время впускной клапан закрывается, и во время движения поршень сжимает воздух с распыленным топливом в нем до критического давления.
3. Как только поршень обычно достигает верхней мертвой точки и сжатие становится максимальным, включается свеча зажигания, и топливо вспыхивает (дизельное топливо воспламеняется во время сжатия, без искры). Микровзрыв вспышки снова толкает поршень вниз к НМТ.
4. А при четвертом попадании открывается выпускной клапан. Поршень снова поднимается, выталкивая выхлопные газы из камеры сгорания в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного двигателя

Фактически, в двигателе есть только один такт из четырех полезных работ, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, которое толкает поршень. Остальные три планки служат вспомогательными элементами, которые не дают толчка движению, а потребляют энергию.

В таких условиях двигатель может заглохнуть, когда кривошипно-шатунный механизм (CRM) достигнет баланса энергии. Но чтобы этого не произошло, большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленчатом валу используются для уравновешивания поршневых нагрузок.

Принцип работы двухтактного двигателя

Такты двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели не получили широкого распространения. В основном это двигатели для скутеров и мопедов, легковые моторные лодки, газонокосилки. Весь рабочий процесс такого движка можно разделить на два основных этапа:

1. В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки вверх) в камеру сгорания поступает топливовоздушная смесь. Когда он поднимается, поршень сжимает его до критического сжатия, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит воспламенение.
2. При сгорании топливо толкает поршень вниз, при этом открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания покидают цилиндр. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), первый ход повторяется: всасывание и сжатие одновременно.

Двухтактный двигатель

Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективнее четырехтактного, ведь половина работы здесь приходится на полезное действие. Но на самом деле мощность двухтактного двигателя намного меньше, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном газораспределительном механизме.

Когда топливо сгорает, часть энергии уходит в выпускной коллектор, не делая ничего, кроме нагрева. В результате двухтактные двигатели используются только в маломощных транспортных средствах и требуют специальных моторных масел.

Классификация двигателей

Поскольку ДВС росли и совершенствовались более 100 лет, существует их несколько разновидностей. Двигатели классифицируются по разным характеристикам и свойствам.

По рабочему циклу

Это уже известное нам разделение двигателей на двухтактные и четырехтактные.

1. Двухтактный: полный рабочий цикл состоит из двух фаз, при этом коленчатый вал совершает один оборот;
2. Четырехтактный: в полном рабочем цикле он проходит четыре стадии, а коленчатый вал делает два оборота.

По типу конструкции

Есть два основных типа двигателей внутреннего сгорания: поршневые и роторные.

1. Поршневой двигатель — это тот же двигатель, к которому мы привыкли с поршнями, цилиндрами и коленчатым валом, который установлен почти на всех транспортных средствах;
2. Роторный поршень, также известный как двигатель Ванкеля, представляет собой особый тип двигателя внутреннего сгорания, в котором вместо поршня используется треугольный ротор, а камера сгорания имеет овальную форму. Двигатель Ванкеля использовался в некоторых моделях автомобилей, но сложность производства и обслуживания вынудила инженеров отказаться от этого проекта.

Работа роторного двигателя

По количеству цилиндров

В ЦПГ двигателя может быть установлено от 1 до 16 цилиндров, у легковых обычно 3-8. Обычно конструкторы предпочитают четное количество цилиндров, чтобы сбалансировать время цикла. Самым известным исключением из правил является двигатель Ecoboost, разработанный компанией Ford, во многих моделях которого установлены всего три цилиндра.

По расположению цилиндров

Макет CPG не всегда доступен (хотя встроенный движок легче всего ремонтировать и обслуживать). В зависимости от фантазии инженеров двигатели делятся на несколько типов компоновки:

1. В линию: все цилиндры выровнены в ряд и на одном коленчатом валу.

   Двигатель работает онлайн

2. V-образный — два ряда цилиндров, установленных под углом от 45 до 90 градусов на коленчатом валу.

V-образный двигатель

1. VR-образный: два ряда цилиндров с небольшим углом развала 10-20 градусов, установленных на коленчатом валу.

Работа двигателя VR

1. W-образные: представляют собой блок из 3 или 4 рядов цилиндров, установленных на коленчатом валу.

Работа двигателя W

1. П-образный — два параллельных ряда цилиндров, установленных на двух коленчатых валах, объединенных в единый силовой агрегат.

П-образный режим работы двигателя

1. Боксер — с двумя рядами цилиндров, установленных горизонтально на 180 градусов друг к другу на коленчатом валу.

Работа оппозитного двигателя

1. На очереди — особая конструкция двигателя, в которой на каждый цилиндр приходится по два поршня, которые движутся в противоположных направлениях. По сути, это поршневой цилиндр, установленный на двух коленчатых валах.

   Противодвигательная операция

2. Радиальный — с круговым расположением ЦПГ, установленного на коленчатом валу, расположенного по центру.

Радиальный режим работы двигателя

В автомобилях используются рядные, V, VR, W и U двигатели, а в некоторых моделях даже оппозитные двигатели. Но радиалы используются в авиационной технике.

По типу топлива

Классикой жанра здесь являются бензиновые и дизельные двигатели. Набирает популярность газ, постепенно совершенствуются гибрид и водород.

1. Бензиновые двигатели требуют воспламенения топливно-воздушной смеси. Для этого используются штифты и катушки зажигания, которые работают синхронно с движением коленчатого вала. Особенность бензиновых двигателей — способность развивать высокие обороты;
2. Дизельные двигатели работают по принципу самовоспламенения топливовоздушной смеси. У них нет свечей зажигания, но есть система прямого впрыска, для которой требуется подача топлива под высоким давлением. Для запуска двигателя используются свечи накаливания, которые предварительно нагревают воздух и гаснут после прогрева камеры сгорания. Дизельные двигатели способны развивать большую мощность, но не скорость, поэтому их используют в тяжелой технике;
3. Газовые заводы популярны из-за невысокой стоимости сжиженного газа (по сравнению с бензином). Газовые двигатели работают при более высоких температурах, чем бензиновые или дизельные двигатели, что в свою очередь требует качественной работы системы охлаждения и специального моторного масла;
4. Гибрид представляет собой комбинацию двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. В штатном режиме движения задействован только электродвигатель, а ДВС включается, когда необходимо увеличить нагрузку или перезарядить аккумуляторы;
5. До недавнего времени водородные двигатели были довольно опасными: кислород и водород, образующиеся в воде при электролизе, горели нестабильно и с риском взрыва. Сравнительно недавно был найден другой способ использования водородно-кислородного соединения: водород заливается в баки (а дозаправка занимает около 3 минут), кислород улавливается из воздуха, после чего они попадают в электрогенератор, а не в двигатель внутреннего сгорания. Фактически получается процесс, противоположный процессу электролиза, в результате которого образуются электричество и вода. Первым автомобилем с водородной силовой установкой стала Toyota Mirai.

По принципу работы ГРМ

Ключевым элементом газораспределительного механизма является распределительный вал, который соединен с коленчатым валом двигателя через ремень или цепь ГРМ. Распределительный вал, благодаря своей конструкции, регулирует работу клапанов, и вся система работает синхронно с частотой вращения двигателя. Обрыв ремня ГРМ почти всегда требует ремонта.

В зависимости от компоновки ЦПГ двигатель может иметь 1 распредвал, если двигатель рядный, или 2-4 распредвала, если это V-образная компоновка.

Однако штатная система ГРМ перестала соответствовать современным требованиям по мощности и экономичности двигателя. И теперь, помимо штатной механической системы, существуют такие адаптивные системы, как Honda i-VTEC, VTEC-E и DOHC, Toyota VVT-i, Mitsubishi MIVEC, разработки Volkswagen и Eco-Motors, а также пневмораспределительная система установлен на Koenigsegg Regera и, в конечном итоге, увеличивает мощность двигателя на 30.

По принципу подачи воздуха

Еще одна классификация, которая часто встречается в быту — разделение двигателей на атмосферные и с турбонаддувом.

1. Атмосферный двигатель — это тот же двигатель внутреннего сгорания, который втягивает часть воздуха, когда поршень движется вниз в цилиндр. Кислород подается стандартным способом;
2. Турбина (турбонагнетатель) — дополнительный источник воздуха в камеру сгорания. Турбокомпрессор приводится в действие потоком выхлопных газов, который вращает турбину, которая, в свою очередь, толкает воздух во впускной коллектор через крыльчатку.

Работа турбинного двигателя

Турбомоторы имеют свои преимущества и недостатки: с одной стороны, чем больше воздуха, тем большую мощность может выдать двигатель. С другой стороны, эффект турбо-лага может серьезно испортить нервы энтузиасту спортивного вождения. И еще один агрегат — это очень приятное место, поэтому двигатели с турбонаддувом (или твин-турбо, как называется двигатель с двумя турбинами) не всем по душе. Иногда хорошо собранная вакуумная система может «подключить ремень» к любой тяге.

Виды бензиновых двигателей

В брошюрах по новым моделям автомобилей указано много разной информации. Среди них описывается тип силового агрегата. Если в первых машинах достаточно было указать тип используемого топлива (дизель или бензин), то сегодня существует большое количество разнообразных модификаций бензина.

Различают несколько категорий, по которым классифицируются данные силовые агрегаты:

1. Количество цилиндров. В классическом варианте автомобиль оснащается четырехцилиндровым двигателем. Более производительные и в то же время более прожорливые, у них 6, 8 или даже 18 цилиндров. Однако есть и агрегаты с небольшим количеством горшков. Например, Toyota Aygo оснащается бензиновым двигателем объемом 1,0 литр с 3 цилиндрами. Аналогичный агрегат получил Peugeot 107, некоторые малолитражки также могут оснащаться двухцилиндровым бензиновым агрегатом.
2. Строение блока цилиндров. В классическом исполнении (4-цилиндровая модификация) двигатель имеет рядное расположение цилиндров. В основном они устанавливаются вертикально, но иногда встречаются и наклонные аналоги. Следующая конструкция, завоевавшая доверие многих автолюбителей, — это V-цилиндровый агрегат, в такой модификации всегда есть согласованное количество поддонов, которые расположены под определенным углом друг к другу. Часто такую ​​конструкцию используют для экономии места в моторном отсеке, особенно если это негабаритный двигатель (например, у него 8 цилиндров, но он занимает место, как 4-цилиндровый аналог). Некоторые производители устанавливают в свои автомобили W-образную трансмиссию. Данная модификация отличается от V-образного аналога дополнительным развалом блока цилиндров, который имеет поперечное сечение W. Другой тип двигателя, применяемый в современных автомобилях, — боксер или боксер. Подробно о том, как устроен такой движок и как он работает, рассказано в другом обзоре. Пример моделей с подобным агрегатом: Subaru Forester, Subaru WRX, Porsche Cayman и так далее
3. Система подачи топлива. По этому критерию двигатели делятся на две категории: карбюраторные и инжекторные. В первом случае бензин закачивается в топливную камеру механизма, откуда через форсунку всасывается во впускной коллектор. Инжектор — это система, которая принудительно распыляет бензин в полость, где установлен инжектор. Подробности работы этого устройства описаны здесь. Форсунки бывают разных типов, которые отличаются особенностями положения форсунок. В более дорогих автомобилях распылители устанавливаются непосредственно в ГБЦ.
4. Тип системы смазки. Каждый ДВС работает с более высокими нагрузками, поэтому требует качественной смазки. Есть модификация с мокрым картером (классический вид, при котором масло в поддоне) или сухим (для хранения масла устанавливается отдельный резервуар). Подробно об этих разновидностях рассказывается отдельно .
5. Тип охлаждения. Большинство современных автомобильных двигателей имеют водяное охлаждение. В классическом исполнении такая система будет состоять из радиатора, патрубков и рубашки охлаждения вокруг блока цилиндров. Здесь описывается работа этой системы. Некоторые модификации бензиновых силовых агрегатов также могут иметь воздушное охлаждение.
6. Тип цикла. Всего существует две модификации: двухтактного или четырехтактного типа. Принцип работы двухтактной модификации описан в другой статье. Давайте посмотрим, как работает 4-х тактная модель чуть позже.
7. Тип воздухозаборника. Воздух для приготовления топливовоздушной смеси может поступать во впускной тракт двумя путями. Большинство классических моделей ДВС имеют систему всасывания атмосферного воздуха. В него воздух попадает за счет вакуума, создаваемого поршнем, движущимся к нижней мертвой точке. В зависимости от системы впрыска часть бензина распыляется в этом потоке либо перед впускным клапаном, либо непосредственно перед ним, но на пути, соответствующем конкретному цилиндру. При моновпрыске, как и в модификации с карбюратором, на впускной коллектор устанавливается форсунка, а затем BTC втягивается конкретным цилиндром. Здесь подробно описано, как работает вакуумная система. В более дорогих агрегатах бензин можно распылять прямо в сам цилиндр. Помимо атмосферного двигателя, существует еще и турбо-версия. Воздух для приготовления МТС нагнетается в него с помощью специальной турбины. Он может приводиться в действие движением выхлопных газов или электродвигателем.

Что касается конструктивных особенностей, история знает несколько экзотических силовых агрегатов. Среди них двигатель Ванкеля и бесклапанная модель.