Двигатель автомобиля

В этой статье мы рассмотрим такую важную часть автомобиля, как двигатель.

Двигатель это устройство, преобразующее какой либо вид энергии в механическую. Существуют несколько видов двигателей, но на автомобилях массово применяют только два вида: двигатель внутреннего сгорания(ДВС) и электродвигатель.

chto-iz-sebya-predstavlyaet-dvigatel-avtomobilya-1

 

Вначале рассмотрим ДВС, они бывают разной конструкции и делятся на несколько типов.

  1. Поршневой двигатель – камера сгорания находится в цилиндре. Тепловая энергия превращается в механическую с помощью кривошипно-шатунного механизма.
  2. Газовая турбина — преобразование энергии сгорания топлива осуществляется ротором с клиновидными лопатками.
  3. Жидкостный реактивный и воздушно-реактивный двигатель – сгорающие топливо преобразуется непосредственно в энергию реактивной газовой струи.
  4. Роторно-поршневой двигатель – (иначе двигатель Ванкеля)в них энергия сгорания вращает поршень специального профиля.

На современных автомобилях применяют поршневые двигатели, за редким исключением роторно-поршневые. Такие двигателя обладают большим разнообразием конструкций. Они могут быть двухтактными или четырёхтактными. По количеству цилиндров: наиболее часто встречаются четырёхцилиндровые двигатели.

На автомобилях класса «А» и «В» нередко применяют трёхцилиндровые, а начиная с класса «Е» двигатели становятся шестицилиндровыми и более. Для серийных машин самым большим двигателем является 12-цилиндровый. Цилиндры в двигателях могут располагаться в ряд, такое расположения применяется максимум для 6-цилиндровых моторов.

Самым распространённой конструкцией мотора является рядный 4-цилиндровый двигатель. V-образное расположение  означает, что цилиндры располагаются под углом в два ряда. W-образные двигатели имеют четыре ряда цилиндров расположенных под углом. Все современные автомобили оснащаются двигателями  с жидкостным охлаждением и раздельным типом смазки(когда моторное масло располагается в картере).

По типу применяемого топлива двигатели делятся на бензиновые, дизельные, газовые и газодизельные. На этом остановимся поподробнее.

В России наиболее распространены бензиновые двигатели. Их ключевая особенность, это воспламенение топливной смеси от искры(выдаваемой свечой зажигания). Они могут быть карбюраторными и инжекторными. В первом случае смесеобразование происходит в карбюраторе и только потом готовая смесь поступает в цилиндры. Во втором случае смесеобразование происходит во впускном коллекторе или непосредственно в цилиндрах.

chto-iz-sebya-predstavlyaet-dvigatel-avtomobilya

Сегодня кабюраторные системы смесеобразования не применяются. Все инжекторные системы управляются электроникой(при распределённом и при непосредственном впрыске). Взамен бензина в таких двигателях может применяться сжиженный газ. Такое топливо дешевле чем бензин, но КПД двигателя на таком топливе снижается.

Не каждый готов жертвовать мощностью, ради экономии. Для легковых автомобилей серийно газовые двигатели не выпускаются, поэтому их переделкой занимаются сторонние фирмы. В этом случае может пострадать ресурс.

Дизельные двигатели. Воспламенение топливной смеси в этих двигателях происходит не от искры, а от сжатия. Главные отличия дизеля от бензиновых моторов это высокий крутящий момент и невозможность работать на высоких оборотах(топливо не успевает догорать). К плюсам дизеля относится его топливная экономичность.

Это обусловлено его достаточно высоким КПД(порядка 40-45%), в сравнении с бензиновыми двигателями(до 30%). К минусам дизельных двигателей стоит отнести их меньшую мощность в сравнении с бензиновыми двигателями того же объёма. Автопроизводители для компенсации разницы в мощности, почти на все дизельные двигатели устанавливают турбонагнетатели.

Топливная аппаратура на дизелях более сложная, нежели на бензиновых двигателях. Она рассчитана на значительно большее давление топлива в магистралях, отсюда вытекает ещё один минус – топливная аппаратура очень чувствительна к механическим примесям и воде в топливе. Существует проблема деления дизельного топлива на летнее и зимнее, первое при приближении к 0˚С может загустеть и превратится в парафин.

Т.ч. при заправке в межсезонье следует проявлять повышенную бдительность и следить, какое топливо разливают на АЗС. Особенности рабочего цикла обуславливают и другие недостатки – более высокое механическое напряжение требует повышенной прочности конструкции. Это достигается за счёт увеличения габаритов, веса, усложнения конструкции и применения более дорогих материалов, как следствие растёт цена.

Ремонт  и восстановление таких моторов значительно дороже бензиновых. Также дизельные двигатели за счет особых условий сгорания топливной смеси характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах, что требует дорогостоящих решений для улучшения экологичности.

И наверное самый главный недостаток дизельного двигателя это его низкая рабочая температура, что негативно сказывается на эксплуатации зимой. Возникают сложности при прогреве салона и по ходу движения в морозный день, температура двигателя будет долго выходить на рабочий уровень.

Вернёмся к общим(для бензиновых и дизельных двигателей) различиям. Двигатель может быть атмосферным и с наддувом. В атмосферных моторах впуск воздуха и горючего осуществляется за счёт разрежения в цилиндре. Их преимуществом является линейность характеристик. Применение наддува необходимо для повышения мощности.

Чем больше сгорает горючего, тем выше мощность, а для этого необходим кислород. Системы впрыска горючего могут иметь большую производительность, но им попросту может не хватить воздуха для топливной смеси. По этой причине применяется наддув, который может быть двух видов: механический и газотурбинный.

Механические нагнетатели (по англ. supercharger) довольно простым способом существенно поднимают мощность мотора. Компрессор имеет привод непосредственно от коленчатого вала двигателя и способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах.  В его работе нет задержки увеличения давление наддува, оно строго пропорционально оборотам мотора.

Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, т. к. двигатель расходует часть мощность на их раскрутку. Системы механического наддува занимают достаточно много места, требуют специального привода(зубчатый ремень или шестеренчатый привод). Всё это увеличивает расход топлива и повышает уровень шума. На современных двигателях применяется не часто.

Газотурбинные нагнетатели значительно шире применяются на современных автомобилях. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. У турбонаддува компрессор приводится в движение не механической передачей, а энергией выхлопных газов. Увеличение подачи воздуха в цилиндры осуществляется за счёт давления отработанных газов.

К достоинствам турбонаддува относят: повышение КПД и экономичности мотора. К бесспорным плюсам также относится улучшение экологичности и низкая стоимость. Но есть и существенный недостаток –  при низких оборотах двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно невелика и эффективность работы компрессора.

На низких оборотах такой двигатель проигрывает атмосферным. Кроме того, турбонаддувный двигатель, часто имеет «турбояму» (по-английски «turbo-lag») — замедленный отклик на увеличение подачи топлива. Выхлопным газам необходимо время для раскрутки турбины. В последние годы некоторые автопроизводители освоили серийный выпуск двигателей с комбинированной системой наддува.

В этих системах применяется как механический, так и газотурбинный компрессор. Первый отвечает за наддув воздуха на малых оборотах, при повышении оборотов и достижения ими определённого значения он отключается. После этого включается турбонагнетатель, который наиболее эффективен на высоких оборотах. Эти системы остаются достаточно дорогими и немногие производители могут себе их позволить.

Электродвигатель. На автомобилях этот тип двигателя применялся ещё в начале 20 века. В 21 веке они вновь начали набирать популярность. Это связанно с повышением цен на бензин и ужесточением экологических норм. Электроэнергия необходимая для работы таких двигателей запасается в аккумуляторных батареях или вырабатывается в топливных ячейках.

Преимуществами таких двигателей является: способность выдавать максимальные тяговые возможности сразу же(во всём рабочем диапазоне), возможность обходиться без трансмиссии, компактность и меньший вес. Минусы: источники энергии не обладают большой ёмкостью или мощностью по выработке электроэнергии.

Следовательно запас хода ограничен. Меньший вес электродвигателя, в сравнении с ДВС, минимизируется большим весом аккумуляторов. Но прогресс не стоит на месте, ведутся разработки в области улучшения ёмкости аккумуляторов. Можно с большой долей уверенности сказать, что у ДВС в скором времени появится равнозначная альтернатива.

Смотрите также:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *