Что такое двигатель и какой его принцип работы?

Называть двигатель сердцем автомобиля – сравнение банальное, но точное. Можно сколько угодно перебирать подвеску, настраивать рулевое управление или совершенствовать тормоза – если мотор не в порядке, всё это превращается в пустую трату времени.

Сегодня на дорогах можно встретить автомобили разных поколений: и со старенькими карбюраторными ДВС, и с мощными дизельными моторами, управляемыми электроникой, и даже новейшие водородные двигатели, которые еще только начинают совершенствоваться. И во всём этом разнообразии довольно сложно сориентироваться, если не знать основ и принципов работы двигателя внутреннего сгорания.

Что такое ДВС и для чего он нужен?

Чтобы транспорт ехал, что-то должно приводить его в движение. В разные времена это были запряженные животные, затем на смену пришли паровые и электродвигатели (да, прародители современных автомобилей появились даже раньше, чем традиционные ДВС), затем моторы, работающие на горючем топливе.

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

Электротранспорт, конечно, всё больше входит в обиход, но время его «заправки» сводит на нет все преимущества – канистру с электричеством в багажник не положишь.

Свое применение ДВС нашел во многих сферах: по одинаковому принципу работают автомобили, мотоциклы и скутеры, сельскохозяйственная и строительная техника, водный транспорт, двигатели самолетов, военная техника, газонокосилки… То есть, практически всё, что ездит или летает.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Несмотря на разнообразие типов и конструкций ДВС, принцип его устройства остается практически неизменным на любой технике. Конечно, отдельные элементы конструкции могут сильно отличаться на разных двигателях, но основные узлы и компоненты очень похожи между собой.

Итак, двигатель внутреннего сгорания состоит из таких конструктивных узлов.

Блок цилиндров (БЦ) – «оболочка» ЦПГ и всего двигателя в целом, в том числе с рубашкой системы охлаждения.

Каждая их этих частей постепенно развивается и совершенствуется в зависимости от запросов времени. Стремление к росту мощности сменилось поиском самых надежных и долговечных решений, затем на первое место вышла экономия топлива, а сегодня – забота о природе.

Принцип работы двигателя

Во всех ДВС, какой бы конструкции они ни были, используется один и тот же принцип работы. Это преобразование энергии теплового расширения при сгорании топлива сначала в прямолинейное, а затем во вращательное движение.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации. Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта). Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

1. На такте впуска поршень в цилиндре движется вниз, от клапанов к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он начинает опускаться, открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или только воздух, если двигатель с непосредственным впрыском). При движении поршень сам «накачивает» нужный объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, или воздух поступает под напором, если установлен турбонаддув.
2. Дойдя до нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. При этом впускной клапан закрывается, и при движении поршень сжимает воздух с распыленным в нём топливом до критического давления.
3. Как только поршень условно доходит до верхней мертвой точки и компрессия становится максимальной, срабатывает свеча зажигания и топливо вспыхивает (дизтопливо зажигается при сжатии само, без искры). Микровзрыв от вспышки толкает поршень снова вниз, к НМТ.
4. И на четвертом такте открывается выпускной клапан. Поршень снова движется вверх, выдавливая из камеры сгорания выхлопные газы в выпускной коллектор.

По сути, полезной работы в двигателе только один такт из четырех, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, толкающее поршень. Остальные три такта нужны как вспомогательные, которые не дают импульса к движению, но на них расходуется энергия.

При таких условиях двигатель мог бы остановиться, когда кривошипно-шатунный механизм (КШМ) приходит к энергетическому равновесию. Но чтобы этого не произошло, используется большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленвале, уравновешивающие нагрузки от работы поршней.

Принцип работы двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели используются не слишком широко. В основном это моторы скутеров и мопедов, легких моторных лодок, газонокосилок. Весь рабочий процесс такого двигателя можно разделить на два основных этапа:

1. В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней) в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь. Поднимаясь, поршень сжимает ее до критической компрессии, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит поджиг.
2. Сгорая, топливо толкает поршень вниз, при этом одновременно открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания выходят из цилиндра. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), повторяется первый такт – впуск и сжатие одновременно.

Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективней четырехтактного, ведь здесь на полезное действие приходится половина работы. Но в реальности мощность двухтактного двигателя намного ниже, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном механизме газораспределения.

При сгорании топлива часть энергии уходит в выпускной коллектор, не выполняя никакой работы кроме нагрева. В итоге, двухтактные двигатели применяются только в маломощном транспорте и требуют особых моторных масел.

Классификация двигателей

Поскольку ДВС растут и совершенствуются уже более 100 лет, набралось довольно много их разновидностей. Классифицируют двигатели по разным признакам и свойствам.

По рабочему циклу

Это уже известное нам деление двигателей на двухтактные и четырехтактные.

1. Двухтактные – один полный рабочий цикл состоит из двух этапов, при этом коленвал совершает один оборот;
2. Четырехтактные – за один полный рабочий цикл проходит четыре этапа, а коленвал делает два оборота.

По типу конструкции

Есть два основных типа ДВС: поршневой и роторный.

1. Поршневой – это тот самый привычный нам двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом, который стоит практически в любом транспорте;
2. Роторно-поршневой, он же двигатель Ванкеля – особый вид ДВС, в котором вместо поршня используется трехгранный ротор, а камера сгорания имеет овальную форму. Двигатель Ванкеля использовался в некоторых моделях автомобилей, но сложность производства и обслуживания заставила инженеров отказаться от применения этой конструкции.

По количеству цилиндров

В ЦПГ двигателя может устанавливаться от 1 до 16 цилиндров, для легковых автомобилей это обычно 3-8. Как правило, конструкторы предпочитают четное количество цилиндров, чтобы уравновесить циклы их работы. Самое известное исключение из правил – двигатель Ecoboost, разработанный концерном Ford, во многих моделях которого ставится как раз три цилиндра.

По расположению цилиндров

Компоновка ЦПГ не всегда рядная (хоть рядный двигатель – самый простой в ремонте и обслуживании). В зависимости от фантазии инженеров, двигатели делятся на несколько типов компоновки:

Рядные – все цилиндры выстроены в один ряд и на один коленвал.

В легковых автомобилях используются рядные, V-, VR-, W- и U-образные двигатели, а в некоторых моделях и оппозитные. А вот радиальные применяются в авиационной технике.

По типу топлива

Классика жанра здесь – бензиновые и дизельные двигатели. Набирают популярность газовые, постепенно совершенствуются гибридные и водородные.

1. Бензиновые двигатели требуют поджига топливно-воздушной смеси. Для этого используются свечи и катушки зажигания, работающие синхронно с движением коленвала. Особенность бензиновых двигателей – способность развивать большую скорость;
2. Дизельные двигатели работают по принципу самовоспламенения топливно-воздушной смеси. В них нет свечей зажигания, зато есть система прямого впрыска, требующая подачи топлива под большим давлением. Для запуска двигателя используются свечи накаливания, которые предварительно подогревают воздух и отключаются после прогрева камеры сгорания. Дизельные двигатели способны развивать большую мощность, но не скорость, поэтому используются в тяжелой технике;
3. Газовые установки популярны за счет низкой стоимости сжиженного газа (по сравнению с бензином). Газовые двигатели работают при более высоких температурах, чем бензиновые или дизельные, что, в свою очередь, требует качественной работы системы охлаждения и особого моторного масла;
4. Гибридные – это комбинация ДВС и электромотора. В стандартном режиме вождения задействован только электрический мотор, а ДВС задействуется при необходимости повысить нагрузку или подзарядить аккумуляторы;
5. Водородные двигатели до недавнего времени были довольно опасны: кислород и водород, выработанные из воды путем электролиза, сгорали нестабильно и с риском детонации. Сравнительно недавно был найден другой способ использования водородно-кислородного соединения: водород заправляется в баки (причем заправка длится около 3 минут), кислород захватывается из воздуха, после чего они поступают на электрогенератор, а не в ДВС. По сути, получается процесс, обратный процессу электролиза, в результате которого образуется электроэнергия и вода. Первым автомобилем с водородной силовой установкой стала Toyota Mirai.

По принципу работы ГРМ

Ключевой элемент газораспределительного механизма – распредвал, объединенный с коленвалом двигателя с помощью ремня или цепи ГРМ. Распредвал за счет своей конструкции регулирует работу клапанов, и вся система работает синхронно с частотой оборотов двигателя. Обрыв ремня ГРМ – почти всегда путь на капремонт.

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

Однако стандартная система ГРМ перестала отвечать современным требованиям к мощности и экономичности двигателей. И теперь, кроме стандартной механической системы, есть адаптивные системы, такие как Honda i-VTEC, VTEC-E и DOHC, Toyota VVT-i, Mitsubishi MIVEC, разработки компаний Volkswagen и Eco-Motors, а также пневматическая система ГРМ, установленная на Koenigsegg Regera и в перспективе добавляющая 30% мощности двигателю.

По принципу подачи воздуха

Еще одна классификация, которая часто встречается в обиходе: деление двигателей на атмосферные и турбированные.

1. Атмосферный двигатель – это тот самый ДВС, который затягивает порцию воздуха при движении поршня в цилиндре вниз. Подача кислорода идет стандартным способом;
2. Турбина (турбокомпрессор) – это дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания. Турбокомпрессор работает за счет потока выхлопных газов, вращающих турбину, которая, в свою очередь, нагнетает крыльчаткой воздух во впускной коллектор.

Турбированные двигатели имеют свои преимущества и недостатки: с одной стороны, чем больше воздуха, тем больше мощности может развить двигатель. С другой – эффект турбоямы способен серьезно попортить нервы любителю спортивной езды. Да и лишний узел – лишнее слабое место, так что турбированные двигатели (или битурбо, как называют мотор с двумя турбинами) нравятся далеко не всем. Иногда хорошо собранный атмосферник может «заткнуть за пояс» любой наддув.

Преимущества и недостатки ДВС

1. Если говорить о преимуществах двигателей внутреннего сгорания, то на первое место выйдет удобство для пользователя. За столетие бензиновой эпохи мы обросли сетью АЗС и даже не сомневаемся, что всегда будет возможность заправить машину и ехать дальше. Есть риск не встретить заправочную станцию – не беда, можно взять с собой бензин в канистрах. Именно инфраструктура делает использование ДВС таким комфортным.
2. С другой стороны, заправка двигателя топливом занимает пару минут, проста и доступна. Залил бак – и едь себе дальше. Это не идет ни в какое сравнение с подзарядкой электромобиля.
3. Способность служить долго при грамотном обслуживании – то, чем могут похвастаться знаменитые двигатели-миллионники. Регулярное своевременное ТО способно сохранить работоспособность мотора на очень долгий срок.
4. И, конечно, не будем забывать про милый сердцу рев мощного мотора. Настоящий, честный, совершенно не похожий на озвучку современных электрокаров. Не зря же некоторые автоконцерны специально настраивали звук двигателей своих машин.

Какой же основной недостаток у ДВС?

1. Конечно, это низкий КПД — в пределах 20-25%. Самый высокий на сегодняшний день показатель КПД среди ДВС – 38%, который выдал двигатель Toyota VVT-iE. По сравнению с этим электромоторы смотрятся гораздо выигрышней, особенно с системами рекуперативного торможения.
2. Второй значительный минус – это общая сложность всей системы. Современные двигатели давно перестали быть такими «простачками», как описывается в схеме классического ДВС. Наоборот, требования к моторам становятся всё выше, сами моторы – более точными и сложными, появляются новые технологии и инженерные решения. Всё это дополнительно усложняет конструкцию двигателя, и чем она сложней, тем больше в ней слабых мест.

Так что, если раньше сосед дядя Вася перебирал двигатель своей «копейки» самостоятельно, но на новеньких современных машинах вряд ли кто-то полезет в тонкую систему ДВС без специального оборудования и инструментов.

И, наконец, нефтяная эра сама по себе отходит в прошлое. Не зря же растут требования к экологической безопасности транспорта, а заодно и эффективность солнечных батарей. Да, бензиновые и дизельные моторы еще не скоро исчезнут с улиц, но уже Европа борется за внедрение электромобилей, благодаря которым человечество когда-нибудь забудет слово «бензиновый смог».

Заключение

Несмотря на любые недостатки, ДВС остается «главным по транспорту». Химики придумывают новые моторные масла, инженеры разрабатывают новые системы ГРМ, а производители бензина не спешат снижать цены. Всё потому, что с удобством и автономностью привычных нам двигателей пока не может сравниться ни один вид транспорта.

ДВС и его виды

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

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

— двухтактные с впускной системой золотникового типа

— двухтактные в спускной системой оборудованной лепестковым клапаном.

— четырехтактные простейших конструкций (нижнеклапанные, карбюраторные)

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

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

— двухтактные с турбонаддувом и без

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

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

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

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

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

1. сжатие совмещенное с впуском рабочей смеси в картер

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

схематичное изображение двухтактного мотора рассмотрим ниже

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Типичный четвертьволновой резонатор

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

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

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

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

Однако они обладают и весомыми минусами:

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

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

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

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

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

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

Автомобильное сообщество

14.4K поста 37.1K подписчиков

Правила сообщества

Добро пожаловать в автомобильное сообщество!

У нас запрещено:

-Публикация видео с тематикой ДТП (исключение: авторский контент с описанием).

-Нарушать правила сайта.

-Создавать посты несоответствующие тематике сообщества.

-Рекламировать что бы то ни было.

-Баяны не желательны (игнорирование баянометра карается флюгегехайменом).

-Заваривать ромашковый чай в костюме жирафа.

У нас разрешено:

-Создавать интересный контент.

-Участвовать в жизни сообщества.

-Предлагать темы для постов.

-Вызывать администратора или модераторов сообщества при необходимости.

-Высказывать идеи по улучшению Автомобильного сообщества.

-Изображать коняшку при комментировании.

Можете считать меня занудой, но поршень в роли золотника это не верно. Поршень — насос и клапан одновременно. Открыл — закрыл, впустил — выпустил, а золотник стоял на впуске. Такие моторы были у MZ и на первых порах рвали всех конкурентов, а когда появились лепестковые клапана, да еще и водяное охлаждение подвезли, 2т стали почти совершенными и после того как к нему прикрутили мощностной клапан, эволюция завершилась. Кстати про него не рассказано в посте. Он (клапан) расширяет диапазон выпуска, то есть изменяет высоту выхлопного окна в зависимости от оборотов, чем больше оборотов, тем больше окно и наоборот. Благодаря ему улучшилась тяга на низах. Но приведу пример мотора, который без всяких клапанов вёз всё что нагрузят. ИЖ Планет 3 — 5. Вот уж монстр Советского мотостроения) и тяга на низах у него была достойная, это и был его основной диапазон работы, а если мотор крутить, то от вибрации откручивалось всё, что плохо затянуто.

Экологичность, я не считаю это минусом. Если вам не нравится запах барбарисок, то это проблема личного характера). Современные масла дают не так уж и много дыма, да и мешают их сейчас 1:40, а при раздельной смазке это соотношение ещё увеличивается. В плане надежности 2т 90х — 00х годов выхаживали по 20 тысяч до замены поршня с кольцами, при условии качественного масла и своевременной замены воздушного фильтра. А сейчас 2т остались в основном в спорте и регламент ТО у них примерно одинаков с 4т, но как по мне 2т дешевле в обслуживание.

А самое главное — 2т чемпион по соотношению удовольствие на литр бензина. Опять же современные моторы потребляют не так уж и больше топлива в сравнении с 4т. Всё зависит от того насколько откручивать ручку газа.)))

Выпускная система входит в рабочий режим, когда низкое давление в приемной трубе помогает осуществить продувку цилиндра, а перед самым закрытием выпускного окна волна возвращается обратно и заталкивает обратно в цилиндр излишки вылетевшей во впуск рабочей смеси, однако достигает среза окна в момент, когда поршень его перекрыл и она упирается в его юбку. Получается некое подобие наддува, в таких режимах чувствуется резкий подхват и изменяется звук мотора.

Вот блин, а в нашем колхозе считалось, что без глушака мощнее прёт, ведь орёт-то как.

Реально не знал этого нюанса, спасибо. Да и остальное интересно, в общем, пили дальше!

ваш пост в ленте после Хауса, так что я автоматом подумала, что речь о ДВС-синдроме😆😆

Если позволите, пожелание по статье про дизель. Было бы здорово если бы уделили побольше внимания старым дизелям с механическими форсунками, а именно их ТНВД, рядным и роторного типа. Ведь именно в них происходила вся магия дизеля, там все самое интересное. А современные дизеля с системой common rail и насос форсунками электронно-управляемые, скучные и вообще во многом похожие на бензинку.

но такие системы используются разве что в авиамодельных калильных двухтактниках, работающих на эфире — путаете.

Калильные моторы работают на метаноле, используются и летают и сейчас прекрасно.

С эфиром — это компрессионные моторы, вот это уже раритеты, они мелкие

Благодаря тебе я, наконец, понял, как работает двухтактные!

При этом крупнейшие в мире ДВС — тоже двухтактные ;).

Про картинку непонятно.

Вот:»Из графика мы видим, что выпускное окно открывается раньше продувочного, но продувочное закрывается позже выпускного, дабы улучшить наполнение и впустую не выдувать смесь в выхлоп.»

А на картинке продувочное ниже выпускного, как так?

интересно про двухтактные дизеля

Почему отсутствует двигатель на пердячем паре? Не расписана термодинамика горящих пуканов?

Подписался. Жду дизель. А уж если на примере камминз 2.8. 🙋

Скажите это всем пользователям приснопамятного л/м «Вихрь».

[ДВС] Интересные конструкции газораспределительных механизмов

Итак, появилось чуток времени вечернего, самое то поговорить о некоторых интересных конструктивных решениях в конструкции газораспределительного механизма поршневых моторов, работающих по четырехтактному циклу Отто. Вспомним, как развивались эти механизмы и какие решения применялись наиболее массово.

Но сначала сформируем некоторый список требований, которым должен соответствовать идеальный механизм ГРМ, чтобы понимать, для чего применялось то или иное решение.

1. Механизм должен обладать хорошим КПД, то есть наиболее полно реализовывать отбираемую мощность на перемещения клапанов.

2. Механизм должен обладать малой инерционностью, дабы не потерять быстродействие.

3. Механизм должен обеспечивать качественное наполнение цилиндров и их очистку от отработавших газов.

4. Механизм должен иметь возможность динамически изменять такие параметры как фаза газораспределения, подъем клапана, время открытия клапана.

Это базовый набор требований, над реализацией которого инженеры уже больше ста лет ломают голову.

Например вспомним нижнеклапанную компоновку

Смотрим на предмет соответствия требованиям.

КПД неплох, отбор мощности происходит как правило зацеплением одной пары шестерен, Сам механизм достаточно легкий, плюс пружина не держит на себе вес клапана, инерционность тоже неплоха. А вот по поводу двух остальных требований есть вопросы. Если к четвертому требованию данный механизм еще можно адаптировать, по третьему его ждет полнейший провал, который перечеркнул все плюсы. Данная компоновка конечно прожила весьма долго, даже иногда использовалась в гоночных моторах, но те времена давно прошли. Более подробно мы это разобрали в предыдущих статьях.

Далее у нас идет верхнеклапанная компоновка OHV

Вспоминаем эту живущую по сей день, самую старую конструкцию.

Уже догадываетесь, насколько тут все плохо?

Жива эта компоновка только по той причине, что хорошо выполняет третий пункт, и является наиболее простым и дешевым способом установить клапаны сверху, так как головка цилиндра получается крайне простой, с минимальным количеством подвижных частей, крайне низкими требованиями к смазке, и не требующей высокой точности при изготовлении. Благодаря чему возможно сделать мотор дешевым, достаточно мощным и экономичным, поэтому эта компоновка часто применяется в низкооборотистых моторах и различных газонокосилках.

КПД этой системы находится на приемлемом уровне, пока кто-то не попытается заставить ее работать быстро. Тут мы сразу упираемся в огромную инерционность. Чтобы достичь быстродействия, необходимо увеличивать жесткость клапанных пружин, из-за чего начинает падать в пропасть КПД, начинают проявляться резонансные явления связанные с изгибанием штанг и дабы их избежать, приходится штанги усиливать, еще сильнее увеличивая вес. Выходит замкнутый круг.

А благодаря простоте и неприхотливости, данный механизм очень долгое время даже оставался полностью снаружи двигателя, особенно в мотоциклетных моторах.

Это совсем не добавляло надежности, плюс издавало много шумов, это породило некоторые интересные изыскания, такие как гильзовый механизм газораспределения, или двигатель Найта.

В этом двигателе не использовались клапаны, вместо них использовались две вложенные друг в друга подвижных гильзы, которые имели прорези в верхней части. Смещаясь друг относительно друга гильзы открывали впускные или выпускные окна.

Моторы с двумя гильзами работали по четырехтактному циклу. Но также были и варианты моторов с одной подвижной гильзой, работавших по двухтактному циклу. Схематично видно на гифке.

Эти моторы обладали рядом преимуществ, благодаря которым получили весьма широкое распространение до 40х годов прошлого века.

Первое преимущество это литровая мощность. Щелевая продувка обладала высокой пропускной способностью, что позволяло получать высокую литровую мощность. Так как в то время в конкурентах были только тихоходные нижнеклапанные моторы и довольно корявые OHV.

Второе преимущество это тихая работа. Шумный механизм ГРМ фактически отсутствовал, поэтому снаружи оставался только шелест ремней и звук выхлопа. Также эта система не требовала технического обслуживания и была весьма надежной. Все эти качества позволили данной схеме добраться до авиационных моторов, например Rolls-Royce и Napier снимали с таких моторов больше 3000 лошадиных сил.

Дороговизна и сложность моторов ограничила их использование автомобилями высокого класса, их использовали Daimler, Willys, Mercedes, Peugeot, Voisin, Panhard-Levassor и тд.

Крест на этой компоновке поставила их любовь к поеданию масла, и нерешенные проблемы с обеспечением смазкой плавающих гильз, также проблемы с долговечностью вызывали окна во внутренней гильзе, которые провоцировали повышенный износ поршневых колец, что присуще двухтактным моторам. А так компоновка имела много вариаций, таких как одногильзовая схема, в которой гильза не только движется продольно, но и поворачивается

Этот вариант конструкции позволил расположить впускные и выпускные окна в одной гильзе, а за счет поворота она могла открывать те или иные окна. Это единственный вариант одногильзовой компоновки и четырехтактного цикла, позже эта конструкция ушла в авиацию, а придумала ее фирма Argyll в 1912 году.

Классические схемы газораспределения тем временем не дремали, и похоронили дорогую и неэкономично-неэкологичную гильзовую систему. Появились системы OHC и DOHC, которые мы уже подробно рассматривали, однако основные проблемы никуда не делись, и если в гражданском использовании они оказывали малозначительное влияниие, то на спортивных моторах такая проблема, как подвисание клапанов на высоких оборотах, никуда не делась.

Чтобы клапаны не подвисали, приходилось идти разными путями.

1. Снижение массы подвижных частей механизма, облегчение клапана, тарелок, толкателей.

Но любое облегчение несет за собой снижение прочности, которое имеет свои пределы, так как клапан помимо прочности должен обладать и теплоемкость, дабы исключить его перегрев, тут даже не всегда спасает применение таких недешевых материалов как титан.

2. Увеличение жесткости клапанных пружин. Это влечет снижение КПД, увеличивает нагрузку на привод и сильно снижает ресурс. Для понимания того, что происходит под клапанной крышкой на 16000 оборотов, предлагаю посмотреть видео.

Чтобы обойти стороной эти негативные моменты, был придуман десмодромный привод клапанов, который использует в своих моторах компания Ducati.

Принцип этой системы весьма прост, клапанные пружины в этом механизме отсутствуют, вместо них на каждый клапан устанавливается по два рокера, один открывает клапан, а другой закрывает, каждый рокер приводится в действие собственным кулачком на распределительном валу, который имеет соответствующий профиль, который у них различается зеркально.

Данный механизм решает сразу много задач. У него прекрасный КПД, так как отсутствует расход энергии на упругие элементы, у него отсутствует инерционность вообще и он позволяет сохранять фазы газораспределения эталонными на любых режимах и оборотах. Отсутствует лишь возможность управления высотой подъема клапана и временем его открытия. Механизм нашел себя только в спорте и мотоциклах. Его использовал в своих гоночных моторах Mercedes, а сейчас его можно найти только в мотоциклах Ducati, которые славятся характерным звуком работы мотора, который все описывают по-разному, но примерно как «будто роботы еб.тся».

Было много вариаций и фантазий насчет данной конструкции, она долго не давала спокойно спать инженерам и конструкторам. Вот навскидку.

Десмодромный привод всем хорош, кроме его цены. Он требует прецизионной точности изготовления, сложен в регулировке, требователен к смазке, шумный, поэтому его и не встретить на гражданской технике приземленного ценового диапазона.

Тем временем пришла эра электроники, и ее быстро прикрутили к традиционному газораспределительному механизму, сделав фазовращатели, которые мы уже рассматривали. Получив возможность на лету менять фазы газораспределения, удалось сильно повысить отдачу моторов и сделать их очень эластичными, однако некоторые компании решили пойти чуть дальше. Так, компания BMW решила управлять еще и подъемом клапанов, придумав систему Valvetronic, которой пользуется до сих пор наряду с аналогичными системами у других производителей. Даже корейцы прикрутили подобную систему к своим чудомоторам)

Принцип системы прост, они сделали привод впускных клапанов через промежуточный рокер, у которого можно менять положение опоры с помощью сервопривода. Вкупе с фазовращателем удалось контролировать жизнь клапана в весьма больших пределах. Однако длительность фазы отдельно контролировать все еще осталось невозможно, да и увеличился вес подвижных элементов. Зато данная система позволила полностью избавиться от дроссельной заслонки, что повлекло за собой улучшение наполнения и снижение насосных потерь.

А теперь на закуску о прорыве в этой теме, который произошел в последние 20 лет, в течении которых компания Koeniggsegg разрабатывала свою революционную систему Freevalve.

А система действительно революционная. Так как она удовлетворяет всем критериям идеального ГРМ. Здесь нет распределительных валов и их привода, благодаря чему мотор становится сильно компактнее, а головка блока цилиндров и вовсе становится миниатюрной.

Первоначально системой Freevalve собирались оснащать моторы Saab, но контора загнулась. А ведь одной установкой этой системы характеристики мотора поднимали на 30%, а расход на 30% снижался! А это очень много.

Принцип действия прост как все гениальное, открытие клапанов осуществляется электромагнитами, закрытие клапанными пружинами, но необычными, на пружинах имеются миниатюрные пневмоподушки, позволяющие менять жесткость пружины в широких пределах, а положение клапана отслеживается с очень высокой точностью.

Что это дало? А очень многое. Теперь каждый клапан можно открыть на любую высоту и на любое время и на любых оборотах. Что позволяет сделать по-настоящему универсальный мотор, что и показывают их суперкары, у которых 1500лс и одна передача)

Данная система позволяет менять фазы газораспределения в любых пределах, также она позволяет отключить любое количество цилиндров с наименьшими потерями, можно реализовать и цикл отто и цикл аткинсона по желанию, а также некоторые другие циклы, можно динамически менять степень сжатия, и даже реализовать дизельный и бензиновый мотор в одном флаконе. Это действительно современное и высокотехнологичное решение. Вопрос в применении которого пока остается лишь за стоимостью, которая однако может сильно упасть в случае массового производства. Но если это случится, поршневые двигатели буквально получат второе дыхание, и они очень сильно изменятся. А в купе с новыми гибридными технологиями возможно получится создать поистине эффективные силовые установки. Я думаю, что это вершина эволюции поршневых ДВС, и их последняя ступень. Больше совершенствовать попросту нечего.

Ну, думаю на сегодня хватит, спасибо за интерес!

Поздравляю всех, кто родился 10 июня!

Я снова тут, и все ради того, чтобы поздравить тебя с днем рождения! Ты родился(лась) в один день с изобретателем четырехтактного двигателя внутреннего сгорания Николаусом Отто! Желаю постоянного движения, развития и сил достигать новых высот! С днем рождения!

VR игра, где предстоит собрать по винтику реальный автомобильный двигатель

Потрясающее развитие игровой индустрии. А ведь еще наверняка придумают химическую лабораторию, где любой сможет провести и наблюдать реакцию тысяч веществ и элементов друг с другом не тратя реагентов, или VR игру о оказании первой медицинской помощи при различных травмах. Подобные игры уже не просто развлечение, но весьма качественное обучающее пособие, особенно, если учесть, что VR технологии становятся с каждым годом доступнее, удобнее и надежнее.

Главный судовой двигатель

12-цилиндровый красавчик фирмы MAN B&W с мощностью почти 70 000 кВт и расходом под 100 тонн мазута/сутки. АБСОЛЮТНЫЙ БАТЯ ВСЕХ ДВС.

ДВС и его виды. Часть 8. Продолжение про ТНВД и Common Rail

Итак, продолжаем тему.

В комментариях просили дополнить некоторыми нюансами, исполняю)

Среди механических форсунок есть одна их интересная разновидность. Это двухпружинные форсунки, и главная их особенность — осуществление предвпрыска топлива.

В их конструкции предусмотрено две пружины. Первая отвечает за давление начала предвпрыска, при достижении которого игла преодолевает давление более слабой пружины и приоткрывается на 0.01-0.03мм, осуществляя начальный впрыск небольшой порции топлива. При достижении номинального давления топлива, игла своим уступом, уперевшись в шайбу основной пружины и преодолевая суммарное сопротивление двух пружин открывается на полный впрыск. На картинке последовательно изображены эти этапы. И да, это совсем не коммон рейл и даже не его подобие) Данная схема позволяет значительно повысить плавность работы моторов с непосредственным впрыском, так как предвпрыск позволяет заранее плавно поднять давление в цилиндре, снизив ударное действие при впрыске основной порции топлива.

Такие форсунки часто оснащаются распылителями хитрой конструкции, благодаря которой игла в двух положениях открывает разное количество дюз, для сохранения качественного распыления топлива при низком давлении топлива в первой фазе впрыска.

С механическими форсунками закончили, переходим к механическим ТНВД.

ТНВД бывают трех основных типов.

1. Рядные, к которым мы отнесем одиночные, рядные и V-образные

2. Распределительные. к которым отнесем торцевые и роторные.

3. Магистральные (используются с аккумуляторным впрыском common rail).

Основу и сердце любого ТНВД составляет плунжерная пара. Парой ее называют, потому-что она состоит из цилиндра и поршня, подогнанных друг к другу с прецизионной точностью, так как уплотнение достигается микроскопическим зазором.

В плунжерной паре есть три топливных канала:

3. канал отсечки.

Плунжер имеет внутренний канал, соединенный со спирально нарезанным по его поверхности каналом отсечки, поворотом корпуса плунжерной пары достигается совпадение спиральной нарезки с каналом отсечки подачи топлива при различном ходе плунжера, таим образом производится регулировка количества цикловой подачи топлива на форсунку. Наглядно можно посмотреть гифку

Плунжер приводится в движение кулачковым распределительным валом. Поворот корпуса плунжерных пар в многоцилиндровых моторах осуществляется единой зубчатой или пазово-шипной рейкой, которую так и называют — топливная рейка. Топливную рейку двигает педаль газа, которая на дизеле правильно называется — педаль подачи топлива или педаль регулятора оборотов если ТНВД оснащен таковым. Прямой привод используется только в очень простых конструкциях, подавляющее количество ТНВД оснащаются автоматическим регулятором. И тут мы коснулись коренного различия в управлении тягой бензинового и дизельного мотора.

Как в комментах заметили, в бензиновом моторе происходит количественное регулирование приготовления рабочей смеси, а в дизеле — качественное. То есть мы помним, что бензиновый мотор оснащен дроссельной заслонкой, которая связана с педалью газа и регулирует КОЛИЧЕСТВО подаваемого в двигатель топлива, а так как качество смеси (массовое соотношение топлива к воздуху) в бензиновом моторе можно принять за постоянное стехиометрическое с небольшими отклонениями, регулируем мы количество заряжаемой в цилиндр топливо-воздушной смеси. В дизельном моторе дроссельной заслонки нет, и наполнение цилиндров воздухом всегда максимально, а регулируем мы количество подаваемого топлива, изменяя КАЧЕСТВО рабочей смеси, поэтому регулирование зовется качественным.

Исходя из этого, разница заключается в том, что в бензиновом моторе мы педалью газа регулируем отдаваемую мощность. а в дизельном моторе мы регулируем скорость вращения коленчатого вала. То есть, нажимая на газ в бензинке, мы повышаем отдаваемую мощность, и раскрутится она до таких оборотов, пока сопротивление не сравняется с отдаваемой мощностью, а нажимая на педаль в дизеле мы грубо говоря говорим регулятору оборотов — «хочу 3000 оборотов» и регулятор уже автоматически управляет передвижением топливной рейки, меняя цикловую подачу топлива, для достижения заданного числа оборотов. Поэтому механические дизеля создают ощущение «подрыва» даже при небольшом нажатии на педаль, так как нажали мы немного, а регулятор оборотов может выкрутить цикловую подачу на максимум, как будто мы топнули в пол. Но это опять-же сильно зависит от настройки регулятора. Но кто ездил на ЯМЗ-238, те знают этот пинок под жопу при поглаживании педали подачи)))

Рядные или V-образные ТНВД состоят из таких отдельных секций на каждый цилиндр, приводимых кулачковым валом.

Топливная рейка как вариант выглядит подобным образом

Такие ТНВД помимо центробежного автоматического регулятора оборотов оснащаются центробежной муфтой опережения впрыска топлива, которая устанавливается на входном валу ТНВД и при увеличении оборотов доворачивает распределительный вал на опережение, делая подачу топлива более ранней, чтобы оно успело полностью сгореть с максимальной эффективностью.

Кроме этого ТНВД зачастую оборудуется ТННД (топливный насос низкого давления), который приводится от отдельного кулачка распределительного вала и отвечает за снабжение ТНВД топливом из бака.

К недостаткам такого типа ТНВД стоит отнести большие габариты и большую зависимость от равномерного качества изготовления плунжерных пар, так как малейшие огрехи вызовут разбег в выдаваемом давлении и цикловой подаче по цилиндрам.

Преходим к ТНВД распределительного типа, которые получили огромное распространение на легковых машинах, где необходима компактность, которой не располагают рядные насосы.

Первой рассмотрим торцевую конструкцию. Главной ее особенностью является наличие одной единственной плунжерной секции на все цилиндры, что дает огромный выигрыш в компактности и в единстве качества цикловой подачи по цилиндрам, так как плунжерная пара одна на всех.

В таких ТНВД поршень плунжерной пары осуществляет не только обратно-поступательные движения, но и вращается, а его корпус, который называется распределительной головкой — неподвижен.

В таких ТНВД плунжер имеет продольные прорези по количеству цилиндров, которые при вращении открывают или запирают подающий канал, кулачковый диск у основания плунжера при вращении попадает своими выступами на ролики роликового кольца, благодаря чему совершает обратно-поступательные движения, поворачиваясь подающим отверстием поочередно к каждому выходу к форсункам и осуществляет подачу топлива. Регулирование подачи топлива осуществляется дозирующей муфтой, которая скользит по шейке плунжера, открывая канал отсечки, передвижением муфты управляет центробежный регулятор оборотов. Также ТНВД оборудован автоматом опережения впрыска топлива, который перемещает роликовое кольцо, меняя момент начала движения плунжера.

Такие ТНВД нередко оснащаются электронным управлением, берущим на себя функции регулятора оборотов и автомата опережения.

Также на входном валу устанавливается роторно-лопастной ТННД, так как в таких ТНВД отсутствует кулачковый вал.

С началом применения таких ТНВД, началась их чувствительность к качеству топлива, так как плунжер имеет большое количество продольных прорезей и вращается с большой скоростью, любая песчинка может полностью вывести плунжерную пару из строя, а так как она у нас одна на весь мотор — мы теряем подвижность, в отличии от рядных ТНВД, обладающих рекордной живучестью. Также данные ТНВД не слишком в восторге от современной солярки, отвечающей нормам ЕВРО-5, с очень низким содержанием серы, которая повышает смазывающие способности топлива, которым смазывается ТНВД.

Второй разновидностью распределительных ТНВД являются роторные.

Данные насосы проще в устройстве, однако менее надежны, и они уже все только с электронным управлением. Эти насосы были закатом эры механических ТНВД.

В них также присутствует одна насосная секция, зачастую состоящая из двух плунжеров, которые нагнетают топливо в общую камеру высокого давления, которая находится во вращающемся распределительном вале, который поочередно соединяет насосную секцию с форсунками. Регулирование количества впрыскиваемого топлива осуществляется электромагнитным клапаном, выполняющим сброс давления из камеры в соответствии с заданной цикловой подачей. Регулирование опережения впрыска осуществляется перемещением кулачковой обоймы при помощи сервопривода.

Как видим, устройство стало до безобразия простым. Эти ТНВД благодаря электронному управлению достигли максимума в качестве смесеобразования и управления подачей топлива для классических топливных систем. И были довольно неприхотливыми. Основные проблемы связаны с износом роликов-толкателей плунжеров, так как они испытывают большие нагрузки и перемещаются с большой скоростью, а смазываются топливом, стремительно теряющим свои смазывающие свойства.

И тут мы подошли к революции в мире топливных систем, к Common Rail.

Эта система не так страшна, как ее описывают, при правильном уходе очень долговечна и не требует внимания. Однако требовательна к качеству фильтрации топлива, это ее единственный «минус», в остальном эта система позволила обрести дизелям настоящую быстроходность, экономичность, плавность работы. Дизеля резко отхватили большой процент у бензиновых моторов только благодаря Common rail.

Кардинальное отличие этой системы заключается в том, что регулирование подачи больше не осуществляется давлением выдаваемым ТНВД, что позволило резко поднять давление топлива, которое стало достигать 2000 атмосфер.

ТНВД в таких системах стал предельно прост, из него вытряхнули все лишнее, оставив только насосные секции.

Теперь ТНВД не занимается распределением топлива, опережением впрыска, дозированием, теперь всем этим занимается электронный блок управления двигателем. А ТНВД только качает топливо в топливную рампу, откуда оно подается к электромагнитным топливным форсункам, на рампе устанавливается датчик давления топлива и регулятор давления. Также в некоторых вариациях датчиков и регуляторов может стоять несколько.

Топливная рампа зовется аккумулятором давления, откуда система и получила название — аккумуляторный впрыск. Также Common Rail означает — общая рампа.

Упростился ТНВД, зато усложнилась форсунка, став помимо этого очень дорогой.

Форсунки бывают двух типов.

Пьезофорсунки это последнее слово в топливных системах. В отличии от электромагнитной, где как мы уже изучали, сердечник под действием магнитного поля открывает перепускной канал и стравливает давление топлива с обратного конца иглы, давая ей возможность подняться, вместо электромагнита с сердечником используется пьезоэлемент из спеченных керамических пластинок, который под действием разряда может менять свои размеры, открывая перепускной клапан, при этом из-за прецизионных размеров пьезоэлемента и запорного клапана, между ними устанавливается гидрокомпенсатор.

Такие форсунки практически неремонтопригодны, однако обладают сумасшедшим быстродействием, позволяющим осуществить впрыск топлива до десяти раз за цикл!

При изготовлении такой форсунки на заводе, она проходит испытание на производительность, после чего ей присваивается корректировочный код, который выглядит так

Этот код необходимо прописывать в блок управления двигателя при замене форсунки, для того чтобы он мог скорректировать время впрыска. Поэтому просто так взять и поменять форсунку не выйдет)

Топливо в цилиндр в системе CR подается в три этапа

2. Основной впрыск

Предвпрыск производится при движении поршня к верхней мертвой точке и может состоят из 1-4 отдельных порций топлива, это позволило очень плавно наращивать давление в цилиндре и практически избавиться от характерного дизельного тарахтения, моторы стали работать гораздо мягче. При полной нагрузке на двигатель предвпрыск как правило не производится.

Далее происходит впрыск основной порции топлива, который и обеспечивает рабочий ход, основной впрыск также может состоять из нескольких порций топлива. Все это направлено на борьбу с резким ростом давления. Режимов впрысков великое множество, все зависит от условий и множества факторов.

Но есть еще поствпрыск, и о нем чуть более развернуто.

Дизельные моторы всегда грешили экологией, особенно обильными выбросами различных оксидов азота и сажи. Оксиды азота образуются при большом избытке кислорода и высокой температуре. Что в бензиновых моторах происходит при переобеднении рабочей смеси. А дизелю вообще свойственна работа на сверхбедной смеси, так как регулирование качественное и доступ воздуха в мотор неограничен.

Если с выбросами соединений углерода успешно борется каталитический нейтрализатор, с соединениями азота он ничего поделать не может, и тут пришлось искать выход. А выход один — снизить температуру в камере сгорания и уменьшить количество кислорода на режимах неполной мощности. Так родилась система EGR или система рециркуляции отработавших газов.

Принцип прост — направить часть отработаших газов обратно во впуск, тем самым заместив часть воздуха инертным газом, снизив содержание кислорода и одновременно понизив температуру в камере сгорания, плюсом отработавшие газы перед попаданием во впуск проходят через жидкостный теплообменник, остывая и ускоряя прогрев мотора. Чтобы улучшить засасывание отработавших газов, к дизелю прикрутили дроссельную заслонку, которая в момент активации EGR прикрывается, ограничивая доступ воздуха и создавая отрицательное давление во впускном коллекторе. Таким образом мы получаем сильное снижение гадких азотосодержащих выбросов и лепим шильдик евро пять) Но не сразу, так как при обогащении топливной смеси у нас возникает вторая проблема — сажа, которая типа канцероген. Так вот, чтобы уменьшить ее содержание, нужно обеднить смесь, а тут опа, привет оксид азота. Ситуация патовая, но не совсем. Чтобы бороться с сажей, придумали перед катализатором ставить сажевый фильтр, который грубо говоря представляет из себя сетку, улавливающую частицы сажи, и тут нам пригодился поствпрыск. Сажевый фильтр рано или поздно забивается, от чего растет противодавление в выхлопной системе, и ЭБУ запускает процедуру регенерации фильтра, при которой посредством поствпрыска, вытесняемые выхлопные газы щедро сдабриваются порцией топлива, которое попадает в сажевый фильтр и выжигает эту сажу оттуда. Из выхлопной трубы при этом идет нехилый такой дымосрал, который здорово пугает несведущих автовладельцев. Наверняка многие видели такое явление на дороге. Прерывать этот процесс и паниковать не стоит, дайте мотору докоптить до конца.

Конструкция автомобильного двигателя, виды

Автомобильный двигатель внутреннего сгорания – агрегат, состоящий из ряда узлов и деталей. Работает он за счет того, что топливно-воздушная смесь функционирует в закрытой от внешней среды камере сгорания. Попадая туда, смесь воспламеняется.

Вследствие расширения газов (они, в свою очередь, появляются за счет воспламенения смеси), образуется тепловая энергия. Согласно законам физики, она трансформируется в механическую, начиная передавать крутящий момент через трансмиссию на ведущие колеса. На основе всех этих процессов и работает автомобильный двигатель внутреннего сгорания.

Классификация двигателей ВС

Со времен первой разработки и до наших дней производятся поршневые и роторно-поршневые ДВС (Ванкеля).

Поршневой двигатель внутреннего сгорания

Рабочая камера сгорания в поршневых моторах располагается внутри цилиндра, между поверхностью плоскости ГБЦ (головки блока цилиндров) и днищем поршня, когда тот находится в верхней мертвой точке (максимальный подъем поршня).

Тепловая энергия образуется при помощи КШМ (кривошипно-шатунного механизма), обеспечивающий возвратно-поступательные движения. Полученная энергия в результате воспламенения смеси давит на поршень, передавая энергию на коленчатый вал.

Поршневые моторы существуют в трех вариациях:

Бензиновый карбюраторный автомобильный двигатель. Посредством карбюрации, топливно-воздушная смесь образуется вне камеры сгорания (внешнее смесеобразование), а готовится в карбюраторе. Смесь воспламеняется от свечи зажигания.

Бензиновый инжектор. смесеобразование происходит внутри камеры сгорания. Топливо подается электронно-управляемыми форсунками, которые могут быть установлены на конце впускного коллектора, либо вмонтированы в ГБЦ. Управляет и корректирует работу всего мотора ЭБУ (электронный блок управления двигателем).

Дизельный двигатель. Воспламенение дизельного топлива происходит без участия свечи зажигания, а посредством сжатия воздуха, в результате чего температура воздуха превышает температуру горения. Впрыск топлива осуществляется форсунками, а за впрыск под давлением отвечает ТНВД (топливный насос высокого давления).

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Роторно-поршневой автомобильный двигатель работает следующим образом: рабочая камера двигателя овальной формы, внутри которой движется треугольный ротор, двигающиеся по планетарной траектории вокруг своей оси.

Ротор берет на себя функцию поршня, КШМ и ГРМ (газораспределительного механизма). В камере есть 4 отсека, в каждом их которых происходит такт:

1. впуска,
2. сжатия,
3. рабочего хода,
4. выпуска.

Роторно-поршневые двигатели имеет высокий КПД относительно поршневого, так как потери на трения у первого значительно меньше, но максимальный ресурс ротора не превышает 100 000 км.

Устройство поршневого двигателя автомобиля

Наиболее простой двигатель внутреннего сгорания имеет рядное расположение цилиндров. В современных моторах их от 3 до 6. Более компактный автомобильный двигатель имеет V-образную форму, то есть поршни расположены под углом напротив друг друга.

Цилиндров у V-образного двигателя может быть 4, 6, 8, 10 и 12. Также существуют рядно разнесенные моторы VR и W, их конструкция сложна, поэтому устройство мотора лучше изучить на рядной «четверке».

Основа двигателя – блок цилиндров. В этих цилиндрах двигаются поршни. Внизу блока крепится коленвал на подшипниках трения (вкладышах), к нему присоединен шатун, а к шатуну – поршень.

Такой узел называется кривошипно-шатунным. Поскольку коленчатый вал имеет, соответственно названию, форму колена, без шатуна невозможно было бы обеспечить возвратно-поступательные движения поршня.

Конструкция шатуна выполнена так, что его нижняя часть делает колебательные движения, а верхняя часть, соединенная с поршнем, не движется в боковом направлении.

Поршень двигателя имеет три кольца: два компрессионных и одно маслосъемное. О предназначении колец говорит само название: компрессионные обеспечивают давление в цилиндре, не допустив прорыва газов в картер, а маслосъемные кольца снимают масло со стенок цилиндра и сбрасывают его в масляный картер.

К коленчатому валу с передней стороны соединен шкив для обеспечения работы навесного оборудования через ремень, а также работы ГРМ, если тип привода ременной. Если ГРМ цепного типа, то на коленвале установлена звезда. Дополнительная звезда на коленчатом валу может быть установлена, если привод маслонасоса цепной.

С задней стороны к коленвалу устанавливается маховик. Маховик аккумулирует механическую энергию, и через трансмиссию передает ее на ведущие колеса. На маховике установлены зубцы для соединения со стартером.

Сверху цилиндры герметично накрыты головкой блока цилиндров, между которыми установлена металлическая прокладка. Камера сгорания находится как раз в ГБЦ, и может быть сферической или полусферической формы, а в дизельных моторах камера сгорания находится в выемке поршня.

В конструкции классической ГБЦ есть:

• распределительный вал (один или два),
• клапана впускные и выпускные, приводящиеся в движение от кулачка распредвала.

За возврат клапана в исходное место отвечает пружина, которая накрывается тарелкой, и фиксируется «сухарями».

Привод ГРМ, чаще всего цепной или ременной. Для цепного привода требуются пластиковые успокоители и натяжитель механического или гидравлического типа. Ременной привод ГРМ простой конструкции включает в себя ремень, обводной ролик и натяжитель.

Как работает 4-тактный автомобильный двигатель

Четырехтактный автомобильный двигатель внутреннего сгорания имеет, соответственно, 4 такта:

1. Впуск. Поршень в положении ВМТ. Опускаясь вниз, он создает разряжение, а впускной клапан открывается. Через впускной канал всасывается топливно-воздушная смесь, и когда поршень доходит до нижней точки, клапан закрывается.
2. Сжатие. Поршень поднимается из нижней в верхнюю точку. Вследствие сжатия увеличивается давление и температура в цилиндре. Когда поршень добирается до верхней точки, свеча зажигания воспламеняет смесь, толкая его вниз. Это действие преобразует энергию тепловую в механическую, заставляя ДВС работать.
3. Рабочий ход. Поршень из ВМТ опускается в НМТ, посредством расширения газов. В этот момент смесь должна максимально эффективно сгореть.
4. Выпуск. Поршень начинает движение вверх, выпускной клапан открывается, и поршень в процессе движения выталкивает отработанные газы. Они, двигаясь по выпускной магистрали по коллектору, через выхлопную трубу выбрасываются наружу.

По базовому принципу работают все двигатели внутреннего сгорания. Их разница с дизельными в том, что вместо свечи высокое давление образует воспламенение, а точнее – детонация.

Источник https://vaznetaz.ru/dvigatel-dvs

Источник https://pikabu.ru/story/dvs_i_ego_vidyi_6920422

Источник https://autoexpert174.ru/konstrukcija-dvigatelja/