Как это работает: двигатель

    Вы, конечно, когда-нибудь задумывались, что за агрегат приводит в движение автомобиль. В народе, как только о нём не говорят: "6-котловый", "мощный", "вэ-образная восьмёрка"... Это, конечно, всё шутки. Каждый автолюбитель знает многое о своём автомобиле. Но чтобы узнать ещё больше мы запускаем на AutoGrodno.by новую рубрику "Как это работает". И в первом номере вы узнаете всё о сердце автомобиля - двигателе.

 

 

 

 

 

    Немного истории

    Много сотен лет назад люди придумали колесо, прикрепили его к телеге и "О, чудо!" проблема в передвижении тяжёлых грузов, казалось, была решена. Но не так всё просто, сразу возник другой вопрос "Как заставить эту телегу двигаться самостоятельно". Прошла не одна тысяча лет, пока люди в качестве этой силы использовали лошадей, буйволов и даже самих себя. Но наконец, был изобретён двигатель. Двигатель - это устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую. Так трактуют этот термин с конца XIX века. Первыми двигателями были паровые машины. Уже в 1784 году английский механик Джеймс Уатт создал совершенную паровую машину, названную универсальным паровым двигателем. Паровые машины совершенствовали и применяли для решения различных технических задач: привода станков, судов, экипажей для перевозки людей по дорогам, локомотивов на железных дорогах. Однако паровые машины оказались очень громоздкими, а КПД едва достигал отметки в 10%.

    Перед учёными умами того времени предстояла задача создать более совершенный двигатель: компактный и производительный. Эту проблему решил Жан Этьен Ленуар. Он пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи. Ленуар не сразу добился успеха. После того как удалось изготовить все детали и собрать машину, она проработала совсем немного и остановилась, так как из-за нагрева поршень расширился и заклинил в цилиндре. Ленуар усовершенствовал свой двигатель, продумав систему водяного охлаждения. Однако вторая попытка запуска также закончилась неудачей из-за плохого хода поршня. Ленуар дополнил свою конструкцию системой смазки. Только тогда двигатель начал работать. КПД двигателя уже мог похвастаться 15%. Но всё же первым изобретателем бензинового двигателя внутреннего сгорания более менее похожего на сегодняшние является немецкий инженер Готлиб Даймлер.

 

 

 

 

 

 

 

    Типы ДВС

    Первый основной тип ДВС - поршневой двигатель. Камерой сгорания является цилиндр, где химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма. Другим является роторно-поршневой двигатель. Применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля.
 

     По типу используемого топлива делятся на: бензиновые, дизельные и комбинированные.

    Бензиновый двигатель - это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, посредством дроссельной заслонки. Раньше этой самой заслонкой являлся карбюратор, но со временем пришли более современные и экономичные инжекторы, управляемые электроникой. В карбюраторных двигателях процесс приготовления горючей смеси происходит в карбюраторе — специальном устройстве, в котором топливо смешивается с потоком воздуха за счёт аэродинамических сил, вызываемых энергией потока воздуха, засасываемого двигателем. В инжекторных двигателях впрыск топлива в воздушный поток осуществляют специальные форсунки, к которым топливо подаётся под давлением, а дозирование осуществляется электронным блоком управления — подачей импульса тока, открывающим форсунку или же, в более старых двигателях, специальной механической системой. Переход от классических карбюраторных двигателей к инжекторам произошёл в основном из-за возрастания требований к чистоте выхлопа (выпускных газов), и установке современных нейтрализаторов выхлопных газов.

    Некоторые особенности современных бензиновых двигателей. Для повышения надежности работы используется индивидуальная катушка зажигания для каждой свечи. Для управления дроссельной заслонкой применяется электропривод, а не тросик педали акселератора. Используется по 2 впускных и 2 выпускных клапана на цилиндр вместо одного впускного и одного выпускного.

 

 

    Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу воспламенения топлива от сжатия и высокой температуры. Дизельные двигатели работают на дизельном топливе. Основоположником двигателей такого рода стал Рудольф Дизель. Уже 1897 году он запустил первый агрегат.

    Преимущества и недостатки. Бензиновый двигатель  является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30 % энергии топлива в полезную работу. Стандартный дизельный двигатель, однако, обычно имеет коэффициент полезного действия  в 30-40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50 %. Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла. Дизельный двигатель не имеет дроссельной заслонки, регулирование мощности осуществляется регулированием количества впрыскиваемого топлива. Это приводит к отсутствию снижения давления в цилиндрах на низких оборотах. Потому дизель выдаёт высокий вращающий момент при низких оборотах, что делает автомобиль с дизельным двигателем более «отзывчивым» в движении, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем. По этой причине в настоящее время большинство грузовых автомобилей оборудуются дизельными двигателями. Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность возгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более что в них не используется система зажигания.

 

    Конечно, существуют и недостатки, среди которых характерный стук дизельного двигателя при его работе и маслянистость топлива. Однако, они замечаются в основном владельцами автомобилей с дизельными двигателями, а для стороннего человека практически незаметны. Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартера большой мощности, помутнение и застывание летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с высокой точностью. Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. Ремонт дизель-моторов, как правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизель-моторы обладают более ровным крутящим моментом в своём рабочем диапазоне. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонагнетателя, а в последние годы — и так называемого «интеркулера» — то есть устройства, охлаждающего сжатый турбонагнетателем воздух. Нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры. В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля обычно тяжелее и более устойчивы к высокому давлениям сжатия, имеющим место у дизеля.

 

 

Работа 4-ех тактного дизельного или бензинового двигателя 

 

 

    Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания был разработан в 1957 году инженером Вальтером Фройде при помощи Феликса Ванкеля. Конструкция такого двигателя достаточно сложна. Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот ванкель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, и масла от 0,4 л до 1 л на 1000 км (для двигателей Mazda 0,4–0,6 л.). В настоящее время автоконцерн Mazda активно ведёт исследование этого типа двигателя, оснащая доработанными моделями роторных двигателей автомобили серии RX.

 

 

Цикл роторно-поршневого двигателя

 

 

    Преимущества:
    - низкий уровень вибраций. Роторно-поршневой двигатель полностью механически уравновешен.
    - главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более), чем в случае конструкции обычного двигателя внутреннего сгорания.
    - высокая удельная мощность (л.с./кг).
    - меньшие в 1,5–2 раза габаритные размеры.
    - меньшее на 35–40 % число деталей.

    Недостатки:
    - повышенное требование к периодической замене масла.
    - наиболее важной проблемой считается состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий.
    - склонность к перегреву.
    - высокие требования к исполнению деталей двигателя делают его сложным в производстве.
    - меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС.


    Недостатком ДВС является то, что он производит высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемыми атрибутами двигателя внутреннего сгорания являются трансмиссия и стартёр. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

    Также ДВС нужны топливная система (для подачи топливной смеси) и выхлопная система (для отвода выхлопных газов).
 

 

Андрон специально для Autogrodno.by