Типы двс по расположению цилиндров: Типы поршневых ДВС по взаимному расположению цилиндров | Мудрый Каа

Содержание

Типы поршневых ДВС по взаимному расположению цилиндров | Мудрый Каа

Ни для кого не секрет, что сердцем любого автомобиля является двигатель - он многое определяет в конструкции аппарата (ведь ДВС - самый тяжелый агрегат автомобиля!), как-то особенно ассоциируется с брендом производителя, к выбору силовой установки относятся с большим вниманием и ответственностью, наконец, двигатель - это то, что с каждым годом все больше совершенствуется и модернизируется.

Первый по-настоящему удачный бензиновый ДВС создан немецким изобретателем Готлибом Даймлером при сотрудничестве с Вильгельмом Майбахом в 1883 году (патент N 28022). Это был четырехтактный одиноцилиндровый агрегат, с диаметром поршня 70 мм, и его ходом 120 мм, рабочий объём 462 см3, мощность 0,8 кВт (1,1 л.с.) при 700 об/мин. "Мобиль" Даймлера, построенный в 1885 году, развивал с этим мотором "потрясающую" максимальную скорость - 16 км/ч.

Но с течением времени этой мощности и этой скорости становилось мало, требовались более сильные движки, первоначально - для грузовых автомобилей и автобусов, чуть позднее - для спортивных аппаратов.

Самым логичным решением на тот момент показалось увеличение рабочего объема, т.е. увеличение диаметра поршня/цилиндра и его хода. Однако бесконечным такое движение быть не могло - увеличение хода поршня вело за собой неизбежное увеличение длины шатуна, что требовало увеличения его прочности на излом, а это означало, что увеличивалась и его толщина. В сумме это давало увеличение веса поршня, шатуна, а так же площадь контакта стенок поршня со стенками цилиндра, т.е. увеличение трения, что сводило на нет результат такого "форсирования" двигателя. И это - всего лишь незначительная часть возникших проблем. Хотя... известны примеры одноцилиндровых двигателей объемом под 2,5 литра!!! Ужас, правда?

Вопрос требовал иного решения, и оно было найдено!

Рядные ПДВС (Поршневые Двигатели Внутреннего Сгорания)

Действительно, логично! Почему бы вместо одного цилиндра не использовать несколько, с несколькими шатунами, объединенными с одним коленчатым валом? Естественно, первыми появились двухцилиндровые двигатели, за ними - четырехцилиндровые.

Стараясь вытащить наибольшее количество "кобыл", конструктора на заре автомобилестроения создавали просто гигантские моторы. Например, на автомобили "Руссо-Балт" С24/30 устанавливался четырехцилиндровый рядный двигатель объемом 4501 см. куб., мощностью 30 л.с., то есть удельная мощность составляла всего 6,67 л.с. на литр объема - показатель, на сегодняшний день, просто смешной.

Сегодня рядные двигатели бывают двух-, трех-, четырех-, пяти- и шестицилиндровые, но в истории известны примеры и восьмицилиндровых рядных моторов - на автомобилях ГАЗ-М1 (тогда, в 1935 году, Горьковцы не смогли освоить выпуск V-образного восьмицилиндрового Ford-BB). Недостатки такого мотора налицо - большая длина, что приводит к увеличению базы автомобиля и худшему балансу по осям. Кстати, трех- и пятицилиндровые двигатели не так уж и уступают в мощности своим четырех- и шестицилиндровым братьям. Причина - намного меньшее трение, а ведь казалось бы - отрезали всего один цилиндр!

В настоящее время у каждого производителя есть в линейке хотя бы один рядный двигатель, причины - простота производства, малые габариты и вес, высокая ремонтопригодность.

Минусы так же очевидны - ограничение по длине, а, следовательно, ограничение по количеству цилиндров, и, результат - жесткое ограничение по мощности. Кроме того - увеличение числа цилиндров вызывает удлинение коленчатого вала (и увеличение его веса!!!), что означает, кроме новых потерь на трение, увеличение момента инерции. А еще- малая сбалансированность мотора.

Сегодня с рядных двигателей вытаскивают до 70-80 л.с. с литра объема, и это с серийных атмосферных, а со спортивных и турбинированных - еще больше. Кстати, самые быстрые японские автомобили сегодня оснащаются рядными шестерками.

V-образные ПДВС

Уже в конце XIX века конструктора отчетливо понимали, что ряд цилиндров - временное решение. А что говорить о мотоциклах, где, в целях упрощения трансмиссии, двигатель располагался не продольно, а поперечно? На мотоцикле, как и на автомобиле -мотора много не бывает.

И сразу - исторический курьез. Сам V-образный двигатель изобрел и запатентовал в 1889 году Вильгельм Майбах, работая все у того же Г.

Даймлера. То есть изобретатель - немец! Но такая компоновка мотора называется "американской".

И тому есть причина: европейские мотоциклы были меньшей длины, чем американские - способствовал стиль езды (в Европе - прямо, в США - вольготно развалившись и вытянув ноги). И меняться консервативное европейское общество отказывалось наотрез. В то же время с США были самые большие доходы на душу населения и самые большие непокоренные территории, т.е. была и необходимость и возможность производить более дорогие и более мощные двигателя. Немногим позже, когда в 1911 году заводская команда "Indian" совершила налет на остров Мэн, где проводилась гонка "Турист Трофи". Американцы на V2 устроили "1-цилиндровым" европейцам полный разгром, заняв первые три места, а потом заглянули на трек "Бруклэндз", где установили целую серию рекордов, европейцы взялись за голову, и тоже обратили свое внимание на V-образники.

V-образный двигатель, имеющий возможность прижиться на автомобиле, появился чуть раньше тех памятных гонок. В начале века и авиация и автомобилестроение развивалось одновременно и параллельно, нередко подбрасывая друг другу дельные идеи, так получилось и в 1905 году, когда французский изобретатель Л. Левавассер построил V-образный двигатель водяного охлаждения "Антуанет", нашедший широкое применение не только в авиации, но и в автомобилестроении.

Вполне естественно, что первые V-образники использовались на грузовиках и автобусах, т.е. там, где большая мощь просто жизненно необходима. Ну и, конечно, на танках, когда они, наконец появились.

Ставить такие моторы на легковые автомобили долгое время считалось безумием и баловством, но, все же, потребитель взял верх над рынком. Одними из первых в освоении V-образников стал Генри Ройс. Ну и, конечно, Генри Форд - куда без него? Именно с его подачи в СССР и была предпринята одна из первых попыток создания V-образного двигателя - в 1933 году по договору от 1929 года с заводом ГАЗ Форд передал на изучение автомобиль Ford-V8-40 с двигателем V8 Ford-BB, послуживший прототипом ГАЗ-М1. Передать-то передал, а вот технологию оставил при себе. ГАЗовцы долго бились, стараясь освоить выпуск V8, но, в результате остановились на рядной восьмерке.

Вообще, кроме достоинств у V-образного ПДВС есть и свои недостатки - куда без них? В частности, на той же длине коленчатого вала находится в два раза больше поршней, а, значит шатунов, т.е. шатуны необходимо делать тоньше, чем на рядных двигателях. Еще одна проблема - система впрыска топливо-воздушной смеси - большой угол развала блоков цилиндров (порядка 45-90 градусов) вызывает необходимость использования на каждом блоке свою головку, свои топливные и воздушные шланги, а здесь уже видится проблема равномерной подачи ТВС. И это не все! Еще есть проблемы большой трудоемкости производства и ремонта двигателя.

Но малая длина при такой же мощности и большая сбалансированность мотора сделало V-образную компоновку одной из самых востребованных. К сожалению, в России такие моторы ставятся, большей частью, только на грузовики, автобусы и танки - производители легковых автомобилей освоить их масштабное серийное производство не смогли или не захотели (об этом история умалчивает).

И, все же, справедливости ради, стоит отметить успешные отечественные V-образники. Например - ГАЗ-13 "Чайка", восьмицилиндровый V-образный бензиновый двигатель объемом 3500 см. куб., мощностью 190 л.с. при 4200 об/мин, а так же ЗИЛовские 114 (V8, объем 6960 см.куб., мощность 300 л.с. при 4400 об/мин) и 117 (V8, 7680 см. куб., 315 л.с.). Хотя, все это - моторы едва ли не единичной сборки для советских "членовозов", а для них, как для детей, шло только лучшее. Что касается двигателя ГАЗ-13, то его ставили даже на БТРы. Чем не характеристика? Из "гражданских" разработок можно вспомнить опытный шестицилиндровый ГАЗ-24-11, нашедший свое место, кстати, и в автоспорте.

Второе возвращение в Европу "американского" двигателя произошло в начале 1960х годов, уже в виде V8, по сути - самого распространенного и сбалансированного двигателя. Именно с появлением такого мотора и появилась возможность создания скоростных родстеров, с которых и началось завоевание рынка США европейскими спортивными автомобилями.

П-образные ПДВС

Вообще, П-образники (т.н. схема Цоллера) в массовом производстве не прижились, почему - об этом ниже. Изначально, как и V-образники, такие моторы применялись на мотоциклах. Первый, по-настоящему удачный опыт относится к 1933 году, когда немецкая фирма (опять немецкая!) DKW начала широко применять подобную компоновку на своих мотоциклах, в том числе - гоночных. Во второй половине 1930х годов это были самые мощные и быстрые мотоциклы в классах 250 и 350 см. куб. С 1934 по 1939 год - всего за пять лет - мотоциклы DKW завоевали 7 чемпионских титулов на чемпионатах Европы (а их конкурентами были BMW, NSU и Silver Arrow - фирмы очень и очень серьезные!), и взяли первое место в гонке "Tourist Trophy" 1938 года!!!

В Советском Союзе П-образниками так же оснащались исключительно мотоциклы - тот же "Иж". Кстати, едва ли не единственный пример использования двигателя с двухпоршневой схемой Цоллера на автомобилях - Советские рекордные автомобили "Звезда" конструкции А. Пельтцера - на "Звезде-1" 1946 года стоял двигатель DKW-ULD350 с водяным охлаждением и поршневым нагнетателем.

Что же представляет из себя П-образный двигатель? Два цилиндра объединены общей камерой сгорания. Поршень, ходящий в одном из цилиндров, управляет открытием и закрытием впускных окон. Поршень другого "командует" выпускными. Выпускной поршень соединен при помощи шатуна с коленчатым валом обычным способом; шатун перепускного поршня присоединяется к боковой проушине на нижней головке выпускного шатуна, т.е.

кинематика кривошипного механизма дает возможность при ходе поршней вверх сначала перекрыть выпускные окна, а чуть позже -- перепускные.

Преимущество такой схемы заключается в сдвиге фаз распределения выпускных и перепускных окон. В момент прохода поршнями н. м. т. перепускной поршень несколько отстает от выпускного и перепускные окна закрываются позднее выпускных, благодаря чему можно с успехом применить подачу горючей смеси под давлением от нагнетателя с минимальными потерями на выпуск.

По сути дела П-образный цилиндр представляет собой согнутый цилиндр двигателя с поршнями, двужущимися в противоположных направлениях.

Это в теории. На практике все гораздо сложнее. Во-первых, определенную проблему представляет устройство газораспределительного механизма. Во-вторых, низкая степень сжатия делает П-образники практически бесполезными без организации наддува, но, зато, для наддувных схем "цилиндр Цоллера" - едва ли не идеальное решение!

Крест в развитии П-образных ДВС поставила FIM, запретившая использование наддува в мотоциклетных соревнованиях. Для рядовых потребителей такая схема оказалась слишком дорогой, слишком сложной в эксплуатации, и, наконец, слишком "прожорливой".

Y-образные ПДВС

Эти моторы, как и V-образники, пришли из авиастроения, и на гражданских автомобилях особо не прижились. В принципе, Y-образные двигатели - частный случай весьма распространенного на заре авиастроения (да и после!) авиационного лучевого или звездообразного двигателя.

Если бы не рекордные заезды начала ХХ века, то, возможно, Y-образники так никогда и не встали бы на автомобиль. Но было время, когда безумно храбрые гонщики устанавливали на болиды, больше напоминающие обычные тележки, чудовищные 20-ти, или, даже 40-ка литровые 3-лучевые многорядные моторы, развивая на них свыше 300 км/ч!

Одним из немногих был автомобиль "White Triplex" с тремя авиационными Y-образными моторами, суммарный объем которых составлял 81,2 литра, а суммарная мощность - 1500 л.с. В 1928 году на этом чудовище Рэй Кич в 1928 году показал скорость в 334 км/ч!

Плюсы Y-образной компоновки очевидны - меньшая длина, большая виброустойчивость и сбалансированность.

Из минусов - большую высоту, сложность производства и эксплуатации (целых три головки блока цилиндров!!!), и очень большой нераспределенный вес.

В результате, минусы перевесили плюсы, и зведообразники остались в авиации. Впрочем, нашлось им применение на суше и не только - сегодня моторы такой компоновки с успехом применяются на тепловозах и на судах. В последнем случае это просто суперчудовищные моторы - три-семь лучей, и семь-двенадцать рядов.

Оппозитные ПДВС

Вообще, эти двигатели можно считать частным случаем V-обазников, у которых угол между цилиндрами составляет 180 градусов. Кстати, что в первую очередь приходит в голову, слыша слово "оппозитник"? Porsche? Subaru Impreza? Да, это автомобили, с оппозитными двигателями, но в России они появились задолго до них. Вспомним "ушастый" мотоцикл "Урал" - потому он и ушастый, что стоит на нем оппозитный двухцилиндровый двигатель с воздушным охлаждением!

Впервые, как и большая часть моторов, оппозитники были опробованы на мотоциклах. Сразу выявились плюсы Boxer'ов (так называют оппозитные ДВС в англоязычных странах) - относительная компактность (малая высота - да, но, при этом - большая ширина!), неплохая сбалансированность и вибронагруженность, и отличная приемистость. Еще один несомненный плюс - низкий центр тяжести транспортного средства с таким ДВС, что обусловлено его малой высотой. Подумать только! В 1960х-1970х годах конструкторы спортивных автомобилей "опрокидывали" рядники на бок для снижения центра масс, а здесь - готовое решение!!!

Кстати, именно во многом из-за этого (а еще из-за малой длины) оппозитники прижились на автомобилях Porsche. Первый опыт применения Boxer'ов на автомобилях, хотя и принадлежит тому же Фердинанду Порше (обратите внимание - снова немец!), но не на могучих спорткарах, а на "народном" немецком автомобиле - VW Beetle(небезызвестный Фолькваген Жук). На автомобилях Porsche и Subaru - значительно позднее.

И вот здесь самое время развеять многие мифы об оппозитниках, указав на их слабые стороны. Во-первых геометрия цилиндров подвержена любопытной особенности - когда сетка хона в порядке, цилиндр уже превращается в эллипс. Причина кроется в нераспределенности (а вернее, как раз в точечном распределении) нагрузок. Огромный расход масла - течи сальников и "потение" крышек - родовая особенность оппозитных движков.

Ремень ГРМ расположен так, что называется "локоть - вот он, да не укусишь", а при его обрыве клапана обязательно встречаются с поршнем или друг с другом - мотор в капиталку. А вентиляция картера позволят "быстро и эффективно" засорить двигатель, и, если рядники или V-образники в таких условиях продолжают худо-бедно работать, то оппозитники сразу начинают выдавливать сальники.

Подведя баланс между "дебетом" и "кредитом" производители однозначно, одновременно и независимо друг от друга пришли к выводу, что для гражданских автомобилей повседневного пользования оппозитные ДВС малопригодны, а вот для спортивных и раллийных автомобилей оппозитник - вариант почти идеальный, но, опять же, по одной причине - низкий центр тяжести, а, значит, лучшая управляемость.

VR-образные ПДВС

И у рядных, и у V-образных двигателей есть свои плюсы и минусы. А вот если бы их объединить - создать мотор, заключающий в себе положительные качества и рядных и V-образных агрегатов? Вопрос создания мотора, заключающего в себе отрицательные качества и того и другого, по понятным причинам, не ставился.

В начале 1980х годов немецкая (опять немцы!!!) фирма "Volkswagen" решилась на смелый эксперимент, результатом которого стал VR-образный двигатель. Кто-то скажет - безумие! Рядно-нерядный двигатель - такое бывает? Бывает! Двигатели VR6 имеют небольшой развал между рядами цилиндров - 15 градусов, что позволяет применять на них общую головку. Нет нужды говорить, что всех проблем это не решило, но, зато, получился компактный, мощный, приемистый двигатель.

Чуть позже появилась пятицилиндровая модификация этого двигателя - VR5. То есть, по сути, от VR6 попросту отрезали один цилиндр, скомпенсировав потерю рабочего объема (читай - мощности) значительным уменьшением силы трения.

И, все же, V-образно-рядные двигатели не стали идеальным решением. Да, они обладают меньшей длиной, чем рядные моторы, и меньшей шириной, чем V-образные. Да, более упрощена (по сравнению с V-образниками) система газораспределения.

Но появилась новая проблема - чрезвычайно высокая тепловая напряженность мотора! Ведь теплообмен в пространстве между рядами цилиндров менее интенсивен, чем у V-образных ДВС, а толщина стенок не позволяет увеличить число тосольных каналов! Кстати, по этой же чине - тонких стенок цилиндров с внутренней стороны, VR-образные моторы значительно хуже держат перегрузки.

W- образные ПДВС

Начиная разговор о W-образных двигателях, в первую очередь необходимо заметить, что есть W-образники, а есть W-образники. То есть этот термин, в разные времена, означал разные типы моторов!!!

В первую очередь - частный случай звездообразного трехлучевого мотора, у которого все три луча направлены вверх под разными углами. Такие авиационные моторы часто применялись на рекордных автомобилях 1920х-1930х годов. Наибольшее распространение получил авиационный "Непир-Лайон". Кстати, различные модификации именно таких моторов и ставились на рекордные "Синие Птицы" Малькольма Кэмпбелла, в атмосферном и наддувном исполнении.

В те далекие времена на автомобилях (тем более - мотоциклах!) эти моторы не прижились - не было необходимости в таких мощностях, для нормальных потребностей нормальных автомобилей вполне хватало V-образников.

Второе рождение W-образных моторов, уже в новой форме, относится к концу ХХ века. Вновь появилась потребность в мощных, относительно компактных моторах, для использования их на суперкарах. Ярчайшим примером такого двигателя и, соответственно, автомобиля, является W16 на Bugatti ЕВ16/4 Veyron.

Сегодняшние W-образники - это не трехлучевые авиационные моторы - нет. Это две цилиндро-поршневые группы от моторов VR-типа. Изначально угол между ними составлял 72 градуса, но проблема заключалась в том, что на коленчатом валу примерно той же длины в этом случае размещалось вдвое больше шатунов, чем в VR-двигателе. Поэтому их пришлось делать тоньше. Шатун подвергается в двигателе наибольшим нагрузкам сжимающего, растягивающего и изгибающего вида, и слишком тонкие шатуны на повышенных оборотах начинают "поигрывать".

В двигателе W16 колоссальной мощности в 1001 л.с. для спортивного Bugatti ЕВ16/4 Veyron влияние инерционных моментов на шатуны сократили, увеличив развал между двумя VR-rpyппaми до 90R и снизив скорость поршня до 17,2 м/с. Размеры двигателя при этом выросли, но все равно остались завидно малыми для агрегата с такими показателями: его длина 710, а ширина 767 мм.

Вообще, на сегодняшний день для мощных, быстрых, скоростных автомобилей W-образный двигатель был бы наиболее оптимальным решением, если бы не изобретение еще одного немца - Феликса Ванкеля.

Роторно-поршневой двигатель

Снова мотор, и снова немец - изобретатель. И, опять же, стоит заметить, что и этот двигатель - далеко не сегодняшнее изобретение - Феликс Ванкель запатентовал роторно-поршневой тип двигателя еще в 1934 году!!! А первый действующий образец, адаптированный к установке на автомобиль, появился еще в 1958 году!

Вообще же, РПД - не совсем традиционный поршневой двигатель. В его корпусе овальной формы движутся не поршни на шатунах, а треугольный, с выпуклыми сторонами ротор (он же - поршень). Он описывает внутри корпуса кривую, называемую эпитрохоидой, при этом его вершины, плотно прилегая к стенкам корпуса, образуют 3 отдельные камеры сгорания. В каждой из них последовательно происходит обычный 4-тактный цикл. Из-за отсутствия возвратно-поступательного движения такой мотор почти не вибрирует, а его рабочие обороты значительно выше, чем у поршневого ДВС.

Более подробно этот тип двигателя описан в статье "Поршень или ротор?".

Вообще, же тенденция пугающая. В первую очередь, проанализировав истоки каждого двигателя, оказывается, что изобрели, или начали первыми использовать какую-либо компоновку именно немцы - Готлиб Даймлер, Вильгельм Майбах, Фердинанд Порше, Феликс Ванкель, компании DKW и VW!!! Японцы со своим прославленным роторным Маздовским Renessis выглядят, скорее, исключением, подтверждающим правило. Опять же, не будем забывать, что одними из первых лицензии на производство "Ванкелей" приобрели тоже немцы - NSU и Mercedes-Benz! Если честно, начиная собирать информацию для этой статьи, сам не ожидал таких "откровений".

Но это - лирика. На деле ничего принципиально нового за последние полвека не придумано, и придумано (кажется!) быть не может - все типы поршневых двигателей опробованы, и, или уже живут под капотами автомобилей, или занимают место в музеях.

Поршневая схема, "отшлифованная" за добрую сотню лет, и нашедшая такое широкое применение едва ли является константой. Более полувека ведутся опыты по применению ГТД, электродвигателей и "Стирлинга" на автомобилях. Дальше опытов, правда, дело пока не доходит, но "завтра" - вообще звучит многообещающе. Но это с одной стороны.

Есть и обратная сторона медали. Не раз говорил, и повторюсь - более 80% процессов, протекающих в современном ДВС остаются неизученными и по сей день! Значит, старый добрый поршневой мотор не показал еще и одной пятой (как минимум!) своих возможностей, и отказываться от ПДВС еще рано.

А еще есть нагнетатели, выпускная и впусная система, газораспределительный механизм, и многое, многое другое, что позволяет многократно увеличить мощность мотора! Напомню - на заре автомобилестроения удельная мощность двигателя составляла около 6-7 л.с. с литра объема, сегодня - до ста, и это - безнаддувные, атмосферные двигатели!!!

Человечество за сорок тысяч лет своего существования и сегодня находится в начале пути научного прогресса (пусть и интенсифицирован этот процесс только последние 250-300 лет), а автомобилю - чуть более ста двадцати лет, но уже сегодня никого не удивишь "гражданскими" суперкарами (те же Bugatti, Lamborghini, Ferrari, Vector, Callaway, Pagani - лишь немногие из тех компаний-производителей!), развивающими по 350-400 км/ч. А что же скрывает за собой это таинственное "завтра"?

Двигатели. Рядный? V-образный? «Оппозит»? — ДРАЙВ

В начале XX века, когда конструкторская мысль бушевала вовсю, двигатель рабочим объёмом 10 л мог быть как одноцилиндровым, так, к примеру, и рядной «восьмёркой». Тогда никого особо не удивляли установленная на автомобиле рядная «шестёрка» объёмом 23 л или семицилиндровый звездообразный мотор с аэроплана...

Однако рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости всё расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далёком прошлом. Средний объём цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трёхсот до шестисот кубических сантиметров. Литровая мощность — от 35 л.с./л для безнаддувного дизеля до 100 л.с./л для форсированного бензинового «атмосферника». Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно.

Очень маленькие цилиндры часто встречаются на японских микролитражках: например, объём рядной «четвёрки» у Subaru R1 — всего 658 см³. Из «европейцев» отличился трёхцилиндровый дизельный Smart — 799 «кубиков». Есть цилиндры-напёрстки и у «корейцев»: трехцилиндровый Matiz — это 796 «кубиков», а четырёхцилиндровый — 995. «Четвёркой» объёмом 1086 см³ оснащаются Hyundai i10 и Kia Picanto. На другом полюсе — конечно же «американцы». Объём V-образной «восьмёрки» купе Chevrolet Corvette Z06 составляет 7011 см³. Хотя японцы, например, оснащали внедорожник Nissan Patrol предыдущего поколения рядной «шестёркой» TB48DE объёмом 4758 «кубиков».

Сегодня двигатель мощностью 100 л.с. в большинстве случаев окажется четырёхцилиндровым, у 200-сильного будет четыре, пять или шесть цилиндров, у 300-сильного — восемь... Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?

Простота хуже компактности

О чём болит голова у конструктора? Во-первых, о том, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и легче в обслуживании. Самый простой двигатель — рядный (мы будем обозначать такие моторы индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объём.

  • Двигатель R3 (А). Угол между кривошипами — 120°.
  • Добиться равномерности вспышек в двухцилиндровом двигателе (В) можно только при двухтактном цикле.
  • А такой мотор (C), например, стоит на «Оке». Поршни движутся синфазно.

Двух- и трёхцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, хотя мода на «двухгоршковые» моторчики набирает обороты. Тому способствуют продвинутые системы смесеобразования и применение турбонаддува (как, например, на 85-сильной двухцилиндровой турбоверсии хэтчбека Fiat 500). А вот рядная «четвёрка» попала в самый массовый диапазон рабочего объёма легковых автомобилей — от 1,0 до 2,4 л.

В современных четырёхтактных двухцилиндровых двигателях, вроде турбомотора Фиата 500, проблему вибраций отчасти решает балансирный вал.

Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях сравнительно недавно — в середине 70-х годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными «пятёрками» — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце 80-х годов такие моторы сделали Volvo и FIAT.

Рядные «шестёрки», до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную «восьмёрку» и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в 30-х годах. Почему?

Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создаёт массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперёк моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную «шестёрку» удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины 60-х годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и Volvo S80 с суперкомпактной коробкой передач.

Два мотора R3, составленные друг за другом, дают великолепный результат — абсолютно уравновешенную рядную «шестёрку».

Как укоротить рядный мотор? Его можно «распилить» пополам, поставить две половинки рядом друг с другом и заставить работать на один коленвал. Такие моторы, у которых цилиндры расположены в виде латинской буквы V, вдвое короче рядных — наибольшее распространение получили двигатели с углом развала блока 60° и 90°. А V-образный мотор с углом развала блока 180°, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или «боксером» — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).

Такие моторы сложнее рядных — например, у них две головки цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов, сложнее схема их привода. А оппозитные двигатели ещё и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей «боксеров» можно пересчитать по пальцам.

А как сделать V-образный двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — установить угол развала блока менее 60°. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia 70-х годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23°. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит ещё одна проблема — вибрации.

О силах и моментах

Вообще без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может — так уж он устроен. Но бороться с ними нужно, и не только для повышения комфорта пассажиров. Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушения деталей мотора — со всеми вылетающими и выпадающими оттуда последствиями...

Отчего возникают вибрации? Во-первых, в некоторых схемах двигателей вспышки в цилиндрах происходят неравномерно. Таких схем конструкторы по возможности избегают или стараются делать массивней маховик — это помогает сгладить пульсации крутящего момента. Во-вторых, при движении поршней вверх-вниз они то разгоняются, то замедляются, из-за чего возникают силы инерции — сродни тем силам, что заставляют пассажиров автомобиля кланяться при торможении или вдавливают их в спинки сидений при разгоне. В-третьих, шатун в двигателе движется вовсе не вверх-вниз, а совершает сложное движение. Да и возвратно-поступательное перемещение поршня от верхней мёртвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой.

  • Силы инерции от двух масс, вращающихся на одном валу поодаль друг от друга, создают свободный момент.
  • В простейшем моторе есть свободные силы инерции, но нет моментов. Цилиндр-то один.

Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверённой частотой вращения коленвала... Этими так называемыми силами инерции высших порядков, как правило, пренебрегают — они по сравнению с основной силой инерции (которой присвоили первый порядок) очень малы. Исключение составляют силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться. Плюс к этому, пары сил, приложенные на определённом расстоянии, образуют моменты — так происходит, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в разные стороны.

Что сделать для того, чтобы уравновесить силы и моменты? Во-первых, можно выбрать схему мотора, в которой цилиндры и кривошипы коленчатого вала расположены таким образом, что силы и моменты взаимно уравновесят друг друга — всегда будут равны и направлены в противоположные стороны.

Яркий представитель вымершего племени автомобилей с рядной «восьмёркой» — модель 1930-х годов Alfa Romeo 8C.

А если ни одна из уравновешенных схем не подходит — например, из компоновочных соображений? Тогда можно попытаться по-другому расположить шейки коленвала и применить всякого рода противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению основным уравновешиваемым силам. Иногда это можно сделать, разместив противовесы на коленчатом валу мотора. А иногда — на дополнительных валах, которые называют балансирными валами противовращения. Называются они так потому, что крутятся в другую сторону, нежели коленвал. Но это усложняет и удорожает двигатель.

Чтобы облегчить описание степени уравновешенности разных двигателей, мы подготовили сводную таблицу. Зелёным в ней выделены самоуравновешенные силы и моменты, а красным — свободные (те, что не уравновешены и вырываются на свободу — через опоры силового агрегата проходят на кузов автомобиля).

Степень уравновешенности (зелёная ячейка — уравновешенные силы или моменты, красная — свободные)
1 R2 R2* V2 B2 R3 R4 V4 B4 R5 VR5 R6 V6 VR6 B6 R8 V8 B8 V10 V12 B12
Силы инерции первого порядка
Силы инерции второго порядка
Центробежные силы**
Моменты от сил инерции первого порядка
Моменты от сил инерции второго порядка
Моменты от центробежных сил
* Поршни в противофазе.
** Уравновешиваются противовесами на коленчатом вале.

Что же получается? Из распространённых типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная «шестёрки». Теперь понимаете, почему BMW и Porsche так крепко держатся за такие моторы? Ну а о причинах, по которым от них отказываются остальные, мы уже упоминали. Теперь рассмотрим поподробнее остальные схемы.

Шестицилиндровый «оппозитник» водяного охлаждения Porsche. С левой и правой сторон блока в целях экономии стоят одинаковые головки, поэтому цепные приводы распредвалов пришлось устраивать и спереди, и сзади.

Уравновешенные и не очень

Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону (такой, например, стоял на отечественной «Оке»). Как видно, этот двигатель по степени уравновешенности похож на одноцилиндровый, поскольку оба поршня движутся вверх и вниз одновременно, в фазе. Для того чтобы уравновесить свободные силы инерции первого порядка, в моторе «Оки» слева и справа от коленвала применялись два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка? Для того чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить ещё два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешёвых автомобилей, было бы совершенно неуместным.

Впрочем, это ещё ничего — много двухцилиндровых моторов выпускалось вообще без балансирных валов. Так было, например, на малышках Fiat 500 образца 1957 года. Да, вибрации были, их старались погасить подвеской силового агрегата... Но мотор зато получался простым и дешёвым! Дешевизна двухцилиндровых двигателей соблазняет разработчиков и сегодня: не зря же эту схему использовали создатели самого доступного автомобиля планеты, индийского хэтчбека Tata Nano.

Машин с оппозитной «двойкой» — по экономическим и компоновочным соображениям — было немного. Можно упомянуть, например, французский Citroen 2CV.

Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180°), можно встретить сегодня только на мотоциклах. Поскольку поршни в нём всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели устанавливались на довоенные DKW и их прямых наследников, пластиковые гэдээровские Трабанты. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились.

Автомобиль с двухцилиндровым V-образным мотором припоминается только один — отечественный НАМИ-1. А до наших дней этот тип двигателя дожил только на мотоциклах — вспомните американский Harley Davidson и его японских последователей с их V-образными «двойками» во всей хромированной красе. Такой мотор можно уравновесить практически полностью с помощью противовесов на коленчатом валу, но достичь равномерного чередования вспышек невозможно. Хорошо, что байкеры особого внимания на вибрации не обращают...

НАМИ-1 — прототип 1927 года.

Трёхцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная «четвёрка», и поэтому производители трёхцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. В своё время опелевские двигателисты решили отказаться от балансирного вала, разрабатывая трёхцилиндровый мотор семейства Ecotec для Корсы второго поколения — в целях удешевления и уменьшения механических потерь. И трёхцилиндровая Corsa после дебюта в 1996-м была раскритикована немецкими автожурналистами: «По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно».

В самой популярной среди двигателистов рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка. Её можно уравновесить только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью. (Вы не забыли — сила инерции второго порядка действует с удвоенной частотой?) А для компенсации момента от балансирного вала придётся ставить ещё один, вращающийся в противоположную сторону. Дорого? Безусловно. Однако моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat и самых разных марок концерна Volkswagen.

Пример рядной «четвёрки» с балансирными валами — двухлитровый двигатель Audi. Валы располагаются по обе стороны от коленвала и с удвоенной скоростью вращаются в противоположные стороны. Здесь балансирные валы расположены снизу и соединены зубчатой передачей, а раньше (как, например, на приведённом на картинке внизу двигателе Saab 2.3) их располагали сверху и у каждого был свой шкив цепного привода.

Кстати, оппозитная «четвёрка» уравновешена лучше, чем рядная, — здесь есть только момент от сил инерции второго порядка, который стремится развернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и «оппозитник» воздушного охлаждения легендарного «Жука», и знаменитые «боксеры» Subaru обходились и обходятся без балансирных валов.

Subaru из компоновочных соображений предпочитает рядной «четвёрке» оппозитную. Что до вибраций, то силы инерции второго порядка у «боксера» уравновешены, но момент от них всё же остаётся свободным.

У рядных «пятёрок» с уравновешенностью дела обстоят не очень. Силы инерции компенсируются, но вот моменты от этих сил... Во время работы двигателя по блоку постоянно «пробегает» волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жёстким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата или применяя специальные противовесы (как у наддувной «пятёрки» 2.5 TFSI на Audi TT RS). И только фиатовские мотористы применяли балансирный вал, который полностью уравновешивал все моменты.

  • На картинке FIAT JTD от хэтчбека Croma — потомок пятицилиндрового турбодизеля Fiat TD 125 объёмом 2387 см³, образованного путём добавления одного цилиндра к 1,9-литровой «четвёрке» TD 100. Балансирный вал — слева, в нижней части картера.
  • Под каким углом расположить кривошипы коленвала рядной «пятёрки»? 360° делим на пять. .. Правильно — 72°!

Кстати, практически все «пятёрки» образованы путём прибавления ещё одного цилиндра к четырёхцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Делают это для того, чтобы с минимальными производственными и конструкторскими затратами получить более мощные моторы. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапаны и т. д., можно взять от «четвёрки». Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72°.

О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали. А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные «шестёрки», ситуация с уравновешенностью такая же, как у «трёшки», то есть не ахти. Поэтому, например, балансирным валом в развале блока цилиндров был оснащён самый первый двигатель V6 фирмы Mercedes-Benz — заслуженный М112 с тремя клапанами на цилиндр. У трёхлитровой «шестёрки» концерна PSA вал находился в одной из головок блока. На других моторах того времени инженеры пытались не усложнять конструкцию и старались свести уровень вибраций к минимуму за счёт усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещённого расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).

  • В моторе V6 с углом развала блока 90° сдвоенные кривошипы расположены под углом 120°. А в моторах с развалом 60° каждый шатун приходится устанавливать на своём кривошипе.
  • Для уравновешивания свободного момента от сил второго порядка мотору V6 90° необходим один балансирный вал (показан стрелкой). В двигателе Citroen 3.0 V6 он был установлен в одной из головок блока.

У новейших мерседесовских двигателей V6 угол развала блока сократился до 60°, в результате чего необходимость в балансирном вале отпала.

Добавим сюда ещё одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90° не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счёт утяжелённого маховика, но лишь отчасти. Вот вам и ещё один источник вибраций...

Двигатели V8 с углом развала цилиндров в 90° и коленвалом, кривошипы которых располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, весьма неплохо уравновешены. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Остаются неуравновешенными два момента, которые можно полностью утихомирить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках крайних цилиндров. Понимаете, почему американцы раньше других прочувствовали всю прелесть V-образных моторов? Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят...

Двигатель V8: и развал блока, и угол между кривошипами — 90°.

Напоследок можно поговорить о схемах необычных. Сначала вспомнить о моторах V4. Таких было немного — европейский Ford образца 60-х годов (который стоял на автомобилях Ford Taunus, Capri и Saab 96) да чудо-двигатель отечественного «Запорожца». Здесь не обошлось без уравновешивающего вала для момента от сил инерции первого порядка. Впрочем, конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбирали эту схему из условий компактности и отчасти экономии, а не за хорошую уравновешенность.

  • Ford и ЗАЗ выбрали экзотику: мотор V4, в котором и угол развала блока, и угол между кривошипами составляют 90°.
  • Угол развала цилиндров моторов V2 колеблется от 25° до 90°.

А что насчёт V-образных «десяток»? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Впрочем, конструкторы прежних моторов Формулы-1 или монстров Dodge Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думали далеко не в первую очередь.

Как жаль, что Viper и его коллосальный V10 — уже история.

Двигателями V10 отметилась целая череда знаковых машин: BMW M5, Audi S6 и S8, а также RS6 с наддувной «десяткой». Не говоря уже об автомобилях Lamborghini. Наконец, Lexus LFA тоже оснащается двигателем V10.

Ну а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная «восьмёрка» (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две «четвёрки», работающие на один коленвал. А V-образный и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным «шестёркам».

VR6, VR5, W12...

Помните, мы упоминали о V-образных моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах? Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60° или 90°, а выигрыш в компактности тогда ценили не так...

Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, повсеместно применяются гидроопоры силового агрегата, которые значительно ослабляют вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с 2,8-литровым мотором? А теперь — пожалуйста! Всё началось с Фольксвагена Golf VR6 третьего поколения.

Знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, «V-образно-рядный» мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием V-образных двигателей с малым углом развала блока. Цилиндры этого мотора разведены на ещё меньший угол, чем на Лянчах, — всего на 15°. Угол настолько мал, что такой мотор называют ещё «смещённо-рядным». Гениальное решение — «шестёрка» 2. 8 компактнее, чем обычный мотор V6, да ещё и имеет одну головку блока! Потом появился двигатель VR5 — это VR6, от которого «отрезали» один цилиндр. После этого мотористы концерна Volkswagen вообще словно с цепи сорвались.

Двигатель VR5 2.3 конструкторы Фольксвагена получили, отняв один цилиндр от мотора VR6. Угол развала компактного блока — 15°, все пять цилиндров укрыты одной головкой блока.

Они придумали суперкомпактный двигатель W12, который дебютировал в 1998 году на концепт-каре W12 Roadster. Это два двигателя VR6, установленные под углом 72° на одном коленвале. Но прежде в серию пошёл мотор W8, которым оснащалась топ-модель седана Passat. Там тоже два мотора VR6, от которых «отрезано» по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале. Когда-то в Вольфсбурге подумывали и о восемнадцатицилиндровом двигателе — но в итоге остановились на W16 с четырьмя турбокомпрессорами, который разгоняет Bugatti Veyron до 431 км/ч.

Супермотор W12, показанный на концепте имени себя, приводит в движение представительские модели фирм Audi, Volkswagen и Bentley. На фото хорошо видно шахматное расположение цилиндров пары блоков, объединённых в одной отливке под углом 72°. Длина 420-сильного мотора — всего 51 см, ширина — 70 см.

Почему же таких моторов не было раньше? Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится! Создателям новых схем должен помогать компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без помощи вычислительных мощностей обойтись очень сложно.

Теория и практика

Как видно, при выборе схемы силового агрегата конструкторы ставят во главу угла вовсе не степень уравновешенности. Главное — это удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет обладать наилучшим соотношением массы, размеров и мощности. Потом, двигатели сейчас всё чаще строятся по модульному принципу. Говоря упрощённо, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трёхцилиндровый, и W12. Вслед за Фольксвагеном на модульные конструкции переходит всё больше производителей. Новейшая линейка моторов Mercedes — тому отличное подтверждение.

А вибрации... Во-первых, следует различать теоретическую и действительную уравновешенность двигателя. Если коленчатый вал в сборе с маховиком не отбалансирован, а поршни и шатуны заметно отличаются по массе, то трясти будет даже рядную «шестёрку». А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации узлов под нагрузкой. Так что вибрации «прорываются» из двигателя наружу при любой схеме. Поэтому автомобильные инженеры и уделяют такое внимание подвеске силового агрегата. На самом деле конструкция и расположение опор двигателя — не менее важный фактор, чем степень уравновешенности самого мотора. ..

Материал адаптирован к публикации с разрешения ООО «Газета «Авторевю». Все права на перепечатку принадлежат Авторевю.

Двигатель автомобиля (ДВС). Типы двигателей

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – одно из главных устройств в конструкции автомобиля, служащее для преобразования энергии топлива в механическую энергию, которая, в свою очередь, выполняет полезную работу. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания построен на том, что топливо в соединении с воздухом образуют воздушную смесь. Циклически сгорая в камере сгорания, воздушно-топливная смесь обеспечивает высокое давление, направленное на поршень, а тот, в свою очередь, вращает коленчатый вал через кривошипно-шатунный механизм. Его энергия вращения передается трансмиссии автомобиля.

Для запуска двигателя внутреннего сгорания часто используется стартер – обычно электрический двигатель, проворачивающий коленвал. В более тяжелых дизельных двигателях в качестве стартера и для той же цели применяется вспомогательный ДВС («пускач»).

Существуют следующие типы двигателей (ДВС):

  1. бензиновые
  2. дизельные
  3. газовые
  4. газодизельные
  5. роторно-поршневые

Также ДВС классифицируются: по виду топлива, по числу и расположению цилиндров, по способу формирования топливной смеси, по количеству тактов работы двигателя внутреннего сгорания и т.д.

 

Бензиновые и дизельные двигатели

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания – наиболее распространенные из автомобильных двигателей. Топливом для них служит бензин. Проходя через топливную систему, бензин попадает через распыляющие форсунки в карбюратор или впускной коллектор, а затем эта воздушно-топливная смесь подается в цилиндры, сжимается под воздействием поршневой группы, поджигается искрой от свечей зажигания.

Карбюраторная система считается устаревшей, поэтому сейчас повсеместно используется инжекторная система подачи топлива. Распыляющие топливо форсунки (инжекторы) осуществляют впрыск либо непосредственно в цилиндр, либо во впускной коллектор. Инжекторные системы делятся на механические и электронные. Во-первых для дозации топлива используются механические рычаговые механизмы плунжерного типа, с возможностью электронного контроля топливной смеси. Во вторых процесс составления и впрыска топлива полностью возложен на электронный блок управления (ЭБУ). Инжекторные системы необходимы для более тщательного сгорания топлива и минимизации вредных продуктов горения.

Дизельные ДВС используют специальное дизтопливо. Двигатели автомобиля подобного типа не имеют системы зажигания: топливная смесь, попадающая в цилиндры через форсунки, способна взрываться под действием высокого давления и температуры, которые обеспечивает поршневая группа.

 

Газовые двигатели

Газовые двигатели используют газ в качестве топлива – сжиженный, генераторный, сжатый природный. Распространение таких двигателей было обусловлено растущими требованиями к экологической безопасности транспорта. Исходное топливо хранится в баллонах под большим давлением, откуда через испаритель попадает в газовый редуктор, теряя давление. Далее процесс аналогичен инжекторным бензиновым ДВС. В некоторых случаях газовые системы питания могут не использовать в своем составе испарители.

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

устройство, характеристики, плюсы и минусы

V-образным называется двигатель внутреннего сгорания, цилиндры которого размещены напротив друг друга наподобие латинской буквы «V». В зависимости от количества цилиндров, такие двигатели могут быть четырех, пяти, шести, восьми, десяти и двенадцатицилиндровыми. Также подобные силовые установки различаются в зависимости от угла наклона цилиндров.

V-образный двигатель

Первые V-образные двигатели эволюционировали от четырехцилиндровых рядных моторов. В начале ХХ века, когда автомобили в основном оснащались трех и четырехцилиндровыми силовыми установками, наибольшей проблемой таких моторов был их вес и размер, а также – несбалансированность, что приводило к возникновению вибраций, которые передавались на кузов и делали поездки малоприятными.

В 1905 году в Соединенных Штатах была запатентована новая технология производства двигателей – с V-образным расположением цилиндров. У такого мотора было четыре цилиндра, которые размещались друг напротив друга под определенным углом. По сути, это был тот же рядный четырехцилиндровый двигатель, который распилили пополам и получившиеся половинки объединили в один агрегат в форме латинской буквы «V». Таким образом, конструкторам удалось нивелировать два недостатка рядных двигателей – вес и размер, так как V-образный мотор занимал меньше места под капотом в длину и меньше весил. Вместе с тем, в габаритном отношении у этого агрегата был свой недостаток — ширина: в длину он меньше рядного, а вот в ширину – больше. Однако, стараясь уменьшить именно длину подкапотного пространства, инженеры начали разрабатывать и совершенствовать V-образные моторы, делая их компактнее и сбалансированнее.

V-образный 10-цилиндровый мотором объемом 5,2 литра.

Немаловажное значение в конструкции таких силовых установок имеет угол, под которым цилиндры размещают друг напротив друга. История подобных двигателей знает немало агрегатов, где угол развала цилиндров составлял от 1 до 180 градусов. В результате многочисленных испытаний конструкторы выяснили, что наиболее приемлемым вариантом размещения цилиндров являются углы в 45°, 60° и 90°. Большинство современных V-образных моторов как раз имеют такие значения углов расположения цилиндров. Компактность расположения мотора позволила конструкторам увеличить объем цилиндров, так что подобные силовые установки редко имеют объем менее 3 литров.

Несмотря на явные конструктивные преимущества подобных моторов, они, тем не менее, имеют и свои недостатки. Речь – о несбалансированной конструкции некоторых V-образных двигателей, например, шестицилиндровых. Для того, чтобы сбалансировать такой двигатель, приходится устанавливать дополнительные противовесы на коленвал, что, соответственно, увеличивает массу агрегата. Более сбалансированными двигателями из этой категории считаются восьми-, десяти- и двенадцатицилиндровые моторы. Последние, кстати, имеют практически и идеальную балансировку в силу того, что представляют собой, по сути, два рядных шестицилиндровых мотора, объединенных в одну композицию. А, как известно, именно шестицилиндровый рядный агрегат имеет самую уравновешенную конструкцию и наименее подвержен инерциями первого и второго порядка.

Суперкар Lamborghini Aventador оснащается V-образным 12-цилиндровым двигателем выдающим 700 лошадиных сил.

Схемы автомобильных двигателей

Рядные..

ДВИГАТЕЛИ, у которых цилиндры расположены друг за другом в одной плоскости, обозначаются литерой “R”.

Рядные моторы – самые простые и недорогие, поскольку по сравнению с другими схемами состоят из минимального количества деталей. Неудивительно, что на заре автомобилизма подавляющее большинство машин оснащалось именно такими двигателями. Причем некоторые фирмы (например, “Voisin”) строили опытные образцы 12-цилиндровых монстров!

Но сегодня делать большой моторный отсек – непозволительная роскошь, ведь при этом останется мало места на пассажирский салон. Тем более что большинство современных моделей – переднеприводные. Мотор у них обычно расположен поперечно, то есть громоздкие рядные “восьмерки” и иные многоцилиндровые агрегаты разместить под капотом практически невозможно. Кроме того, длинный коленвал очень непросто сделать прочным. Он может не выдержать огромных нагрузок, свойственных нынешним высокофорсированным двигателям. Конечно, дорогостоящие материалы и технологии позволяют решить проблему, но это неизбежно увеличит стоимость производства.

Однако рядные моторы с четным количеством цилиндров достаточно неплохо уравновешены. Конечно, в любом двигателе движущиеся детали создают множество паразитных сил и моментов, порождающих вибрации и шум. Но в данном случае дополнительных мер для их снижения конструкторам применять не надо.

В частности, рядная “шестерка” изначально полностью сбалансирована, поэтому ее до сих пор применяют на некоторых дорогих и престижных машина х вроде моделей BMW. Но баварские автомобили заднеприводные, и инженеры могли поставить мотор продольно, избежав проблем с его размещением.

А вот компания “Volvo” на модели “S80” умудрилась установить такой двигатель поперек (!) моторного отсека (ранее это удалось лишь в 70-х годах прошлого века англичанам из фирмы “Austin”). Но заодно шведам пришлось потратиться и на разработку сверхкомпактной коробки передач…

Четырехцилиндровые рядные моторы уступают “шестеркам” по сбалансированности, зато они намного компактнее. Поэтому “четверки” сегодня являются самыми популярными двигателями из разряда “до 2,5 л рабочего объема”. (Правда, у некоторых четырехцилиндровых дизелей объем превышает 3 л.) Они повсеместно применяются на моделях компактного и “семейного” классов, а также на недорогих спортивных автомобилях и внедорожниках.

Уравновешенность моторов с нечетным количеством цилиндров оставляет желать лучшего, поэтому они встречаются достаточно редко. Например, на некоторых малолитражка х вроде “Chevrolet Spark” используются трехцилиндровые двигатели. Рядные “пятерки” популярнее. Они присутствуют в гамме таких производителей, как “General Motors”, “Volvo”, “Ford”…

 

 

V-образные..

ЭТО ОБОЗНАЧЕНИЕ родилось благодаря расположению цилиндров в двух плоскостях, как бы образующих собой латинскую букву “V” (по сути, это два рядных двигателя с общим коленвалом). Угол между ними называется “углом развала”. Обычно он составляет 60° или 90°. Первая величина оптимальна для V6. А прямой угол – идеальный вариант для V8.

По сравнению с рядными V-образные моторы почти в два раза короче (при одинаковом количестве цилиндров), чуть ниже, но несколько шире. В целом последние компактнее, поэтому большинство современных многоцилиндровых двигателей построено по такой компоновке.

Но “V-образники” сложнее и дороже – ведь два ряда цилиндров означают удвоение количества головок блока, распредвалов, ремней или цепей, коллекторов и прочих деталей. Кроме того, такие двигатели страдают повышенной вибронагруженностью. Особенно этим грешит популярный V6, ведь каждая его “половинка” – трясучая “трешка”. А известная в 60-70-х года х прошлого века по отечественному “Запорожцу” и некоторым моделям “Ford” и “Saab” конфигурация V4 вообще исчезла из-под капотов автомобилей именно по причине своей неуравновешенности…

Чтобы уменьшить влияние врожденных недостатков, конструкторам приходится применять различные технические ухищрения вроде балансирных валов или специальных подушек крепления двигателя, что еще больше усложняет автомобиль и делает его дороже.

 

 

Оппозитные..

ЭТО V-ОБРАЗНЫЕ двигатели с углом развала 180°. Цилиндры в таких мотора х лежат в одной плоскости параллельно земле, но расположены напротив друг друга. Такую компоновку принято обозначать литерой “B” (“Boxer”).

Плоский двигатель обладает всеми преимуществами V-образного собрата, но при этом неплохо уравновешен и помогает значительно понизить центр тяжести машины, улучшая тем самым ее управляемость и устойчивость.

Однако “Вoxer” трудоемок и дорог как в изготовлении, так и в обслуживании. Кроме того, он занимает много места по ширине, ограничивает размер колесных арок и соответственно уменьшает угол поворота управляемых колес. Причем на некоторых моделях моторный отсек настолько плотно “упакован”, что для замены свечей зажигания необходимо частично разбирать двигатель или снимать его с подушек крепления.

Поэтому, несмотря на то, что первые “оппозиты” появились практически одновременно с рождением самого автомобиля, сегодня их применяют только две фирмы: “Porsche” и “Subaru”.

Причем в наше время “боксеры” обычно не делают с количеством цилиндров больше шести. Раньше встречались и 12-цилиндровые “оппозиты”, а фирма “Porsche” экспериментировала с мотором “B16”, но так и не решилась применить его даже на гоночных моделях.

 

 

“VR”…

ПИОНЕРОМ этой компоновки стала компания “Lancia”, в 20-60-х годах прошлого столетия выпускавшая семейство V-образных четырех- и шестицилиндровых двигателей с очень маленьким углом развала: 10°-20°.

Такие моторы компактнее обычных рядных, но проще и дешевле V-образных, так как имеют только одну головку блока. Однако из-за чрезмерной вибронагруженности подобная схема не получила широкого распространения.

Лишь шестнадцать лет назад концерн “Volkswagen” возродил эту компоновку. Семейство двигателей с углом развала 10,6°-15° фольксвагеновцы назвали “VR” (то есть V-образно-рядные), и с тех пор это обозначение в автомобилестроении стало официальным.

“Volkswagen” был необходим компактный шестицилиндровый мотор для установки на переднеприводные модели VW, “Audi” и “Seat” (традиционный “V6” оказался для них очень широким). Поэтому инженерам пришлось серьезно поработать над уравновешиванием строптивого двигателя (сказалось асимметричное расположение его цилиндров). Зато этот опыт пригодился в 1997 году, когда понадобилось сбалансировать еще более вибронагруженный “VR5”.

 

 

W-образные…

В ОТЛИЧИЕ от предыдущей компоновки эта схема полностью обязана своим появлением концерну “Volkswagen” (прежде она встречалась лишь в авиации). Инженеры из Вольфсбурга получили ее, соединив одним коленвалом два двигателя типа “VR”.

Получившийся инженерный шедевр позволил намного уменьшить габариты 8- и 12-цилиндровых моторов. Фольксвагеновские “W-образники” значительно компактнее конкурентов с тем же числом цилиндров. Сегодня двигатели подобной компоновки можно встретить под капотом наиболее престижных моделей концерна: к примеру, на “Volkswagen Phaeton” и “Bentley Continental GT”.

Но немецкие инженеры на этом не остановились и создали, пожалуй, наиболее сложные двигатели в мире – “W16” и “W18”. Они разрабатывались специально для перспективных автомобилей “Bugatti”. Причем “W16” все-таки пошел в мелкосерийное производство и ныне устанавливается на суперкар “Bugatti Veyron 16.4”.

 

 

Автор
Юрий УРЮКОВ
Издание
Клаксон №7 2007 год
Фото
фото фирм-производителей

Классификация двигателей внутреннего сгорания. - Автомастер

Классификация двигателей внутреннего сгорания.

Подробности

Двигатели можно классифицировать по следующим признакам:

  1. по смесеобразованию и виду топлива:
    • с внутренним смесеобразованием (дизельный двигатель) приготовление смеси происходит непосредственно уже в самом цилиндре. Воспламенение горючего происходит от соприкосновения с нагретым до высокой температуры воздухом, за счет его сжатия поршнем. В качестве топлива используется дизтопливо.
    • с внешним смесеобразованием (бензиновые двигатели, также они могут работать и на газу). Смесеобразование происходит за пределами цилиндра. В цилиндр попадает уже готовая смесь, воспламенение которой происходит от искры свечи зажигания. В качестве топлива используется бензин или газ.
  2. по выполнению рабочего цикла существуют:
    • двухтактные. Рабочий цикл совершается за два такта. Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.
    • четырехтактные. Рабочий цикл совершается за четыре такта.
  3. по числу цилиндров различают:
    • одноцилиндровые.
    • двухцилиндровые.
    • многоцилиндровые
  4. по расположению цилиндров:
    • рядные (цилиндры расположены в ряд).
    • V – образные (цилиндры расположены под углом 90 градусов).
    • оппозитные (цилиндры расположены под углом 180 градусов).
  5. По способу охлаждения:
    • с воздушным охлаждением (обдувается встречным потоком воздуха или используются вентиляторы для принудительного обдува).
    • с водяным охлаждением (для охлаждения используется жидкость, которая циркулирует по каналам в головки блока цилиндров и не посредственно в самом блоке, отводя излишки тепла).

На современных автомобилях в наше время используются многоцилиндровые двигатели с водяным охлаждением со всеми видами расположения цилиндров. Используются как бензиновые, так и дизельные двигатели.

Типы двигателей с возвратно-поступательным движением поршней

 

Двигатели внутреннего сгорания характери­зуются большим разнообразием конструк­ций, выбор которых зависит от применения двигателя. В частности, существует много вариантов расположения цилиндров.

 

Варианты расположения цилиндров

 

В принципе, можно представить себе огром­ное количество вариантов расположения цилиндров. Некоторые из них продемонстри­ровали свою особенную эффективность в ав­томобилестроении (см. рис. «Типы поршневых двигателе» ).

Двигатели с радиальным расположением цилиндров, вследствие своей большой вы­соты, непригодны для использования на ав­томобилях.

Важно отметить различия между двига­телем с оппозитным расположением цилин­дров и V-образным двигателем с углом 180° между отдельными блоками цилиндров. В двигателе с оппозитным расположением цилиндров поршни противоположных цилиндров всегда движутся в противо­положных направлениях, благодаря чему силы инерции уравновешивают друг друга. В V-образном двигателе поршни противопо­ложных цилиндров всегда движутся в одном направлении.

Важно также отметить конструкции V-образного и W-образного двигателей, у кото­рых соединение шатунов с коленчатым валом (большая головка шатуна) соответствующих цилиндров выполнено с немного смещенными относительно друг друга шатунными шейками.

 

 

В многопоршневых агрегатах сжатие обычно осуществляется несколькими рабочими порш­нями. В U-образном двигателе поршни совер­шают приблизительно параллельное движе­ние. В двигателе с оппозитным расположением цилиндров поршни совершают движения в противоположных направлениях. Варианты двигателей с более чем одним поршнем на одну камеру сгорания не нашли применения. Их вес и размеры делают их непригодными для использования в автомобилестроении.

 

Определение типа двигателя

 

В соответствии со стандартом DIN 73021 направление вращения автомобильных двигателей определяется, если смотреть со стороны носка коленчатого вала. Для ДВС общего назначения и судовых двигателей направление вращения определяется, если смотреть со стороны выходного конца колен­чатого вала (стандарты ISO 1204 и 1205, ISO 1205, DIN 6265).

 

Вращение по часовой стрелке

 

Направление по часовой стрелке определя­ется, глядя со стороны носка коленчатого вала.

 

Вращение против часовой стрелки

 

Направление против часовой стрелки опреде­ляется, глядя со стороны носка коленчатого вала.

 

Нумерация цилиндров в двигателе

 

Цилиндры нумеруются последовательно (1, 2, 3, и т.д), в том порядке, в котором они пе­ресекались бы воображаемой горизонталь­ной плоскостью. Нумерация должна начи­наться от носка коленчатого вала. При двухрядном расположении цилиндров нуме­рация начинается слева, если смотреть со стороны носка коленчатого вала (см. рис. ниже). Цилиндр 1 должен быть промаркиро­ван номером 1.

 

Порядок зажигания в двигателе

 

Порядок зажигания — это последователь­ность моментов воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. При его вы­боре учитывают конструкцию двигателя, равномерность промежутков между за­жиганием, трудоемкость изготовления ко­ленчатого вала, оптимальность нагрузок на коленчатый вал и т.п.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Как классифицируются автомобильные двигатели?

Конструкция и классификация двигателей:

Двигатель - это машина, вырабатывающая энергию. Он преобразует потенциальную энергию топлива в тепловую, а затем во вращательное движение. Автомобильный двигатель, который производит энергию, также работает от своей собственной мощности. В целом производители классифицируют двигатели по разным конструкциям, конструкциям и областям применения. Как правило, автомобильные приложения имеют следующие подкатегории, по которым: разные конструкции двигателей отличаются друг от друга.

Автомобильные двигатели обычно классифицируются по следующим категориям:

  1. Внутреннее сгорание (IC) и внешнее сгорание (EC)
  2. Тип топлива: Бензин, Дизель, Газ, Био / Альтернативные виды топлива
  3. Число тактов - двухтактный бензиновый, двухтактный дизельный, четырехтактный бензиновый / четырехтактный дизель
  4. Тип зажигания, такой как искровое зажигание, зажигание от сжатия
  5. Количество цилиндров - от 1 до 18 цилиндров (в автомобиле)
  6. Расположение цилиндров: рядные, V, W, горизонтальные, радиальные
  7. Движение поршней - возвратно-поступательное, поворотное
  8. Размер / Вместимость
  9. Отношение диаметра отверстия к ходу поршня
  10. Методы охлаждения двигателя, такие как воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение (на водной основе), масляное охлаждение (масло охлаждается отдельно)
  11. Система дыхания, например, без наддува, с турбонаддувом / наддувом
  12. Применения, такие как велосипеды, легковые автомобили, гоночные автомобили, коммерческие автомобили, морское, сельскохозяйственное оборудование, землеройное оборудование и т. Д.

Обычный автомобильный двигатель состоит из следующих частей:

  1. Головка блока цилиндров двигателя - Распределительный вал (в случае конструкции с верхним расположением клапанов), впускные клапаны, выпускные клапаны, впускной коллектор с турбонагнетателем (если установлен), выпускной коллектор
  2. Блок цилиндров двигателя - содержит основные детали двигателя, такие как поршни, коленчатый вал, распределительный вал, масляный насос, масляный фильтр, масляный радиатор, водяной насос и масляный поддон.
  3. Генератор, компрессор кондиционера, насос гидроусилителя
  4. Маховик, сцепление в сборе, картер сцепления, трансмиссия

По расположению цилиндров двигатель классифицируется в основном по следующим категориям:

  1. Рядный
  2. V-образный
  3. W-образная
  4. Плоское / горизонтально противоположное
  5. Поршни противоположные
  6. Радиальный

Однако наиболее часто используемые двигатели в автомобилях - это рядные, V-, W- и плоские двигатели.

Рядный двигатель:

Этот тип конструкции представляет собой очень простую и обычную конструкцию двигателя. В этой конструкции двигателя цилиндры расположены на одной прямой линии. Рядный двигатель используется с 2, 3, 4, 5, 6 или до 8 цилиндрами. Прочитайте больше.

V Двигатель:

Это двигатель нового поколения. В этой конструкции двигателя цилиндры расположены под углом. Угол между цилиндрами имеет V-образную форму, поэтому двигатель имеет V-образную конструкцию. Прочитайте больше.

‘W’ Двигатель:

В этой конструкции двигателя три ряда цилиндров расположены под углом. Углы между рядами цилиндров образуют W-образную форму, поэтому двигатель имеет W-образную конструкцию.

W Engine Design

Обычно он используется в скоростных гоночных автомобилях. Автомобили с 18 цилиндрами - это некоторые из шоу-каров Bugatti - концепт EB118, концепт EB 218, концепт 18/3 Chiron - все с 18-цилиндровым двигателем W-18 и концепт EB 18.4 Veyron с 16-цилиндровым W -16 'двигатель.

Смотрите анимацию двигателя Bugatti Veyron W16 здесь:

Плоское / горизонтально противоположное:

Основным преимуществом плоских / горизонтально расположенных двигателей является то, что они позволяют более низкий центр тяжести, тем самым помогая улучшить характеристики автомобиля. Этот тип двигателя используется в автомобилях Subaru.

Плоский / горизонтально расположенный двигатель

Все модели Subaru, такие как Impreza, Forester, Tribeca, Legacy, Outback, Baja, BRZ и SVX, используют четырехцилиндровый или шестицилиндровый двигатель.

Посмотрите анимацию плоского двигателя здесь:

Для получения дополнительной информации нажмите:

http: // www.subaru-global.com/

Читайте дальше: Какой объем двигателя (куб. См)? >>

О компании CarBikeTech

CarBikeTech - технический блог. Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет. CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Какие бывают типы автомобильных двигателей?

Не только приятно понять, как что-то работает, это может значительно упростить диагностику и устранение проблем, когда они возникают.Это особенно верно в отношении автомобилей, поэтому чем больше вы знаете о том, что происходит под капотом, тем лучше.

В этом руководстве мы предлагаем краткий курс освежения знаний о том, как работают двигатели, прежде чем подробно изучить их различные конфигурации и компоновки.

Как работают автомобильные двигатели?

Простота поворота ключа для запуска автомобиля означает, что двигатели часто воспринимаются как должное. Мало кто из водителей задумывается обо всем технологическом волшебстве, происходящем под капотом, когда они едут из пункта А в пункт Б, но двигатель на самом деле является чрезвычайно впечатляющим инженерным достижением.

Двигатели полагаются на внутреннее сгорание; небольшие контролируемые взрывы, генерирующие энергию. Это эффект воспламенения топливно-воздушной смеси в различных цилиндрах автомобиля, процесс, который происходит тысячи раз в минуту, помогая автомобилю двигаться.

Процесс питания двигателя называется циклом сгорания. В большинстве случаев цикл состоит из четырех шагов или «тактов» (отсюда и название четырехтактного двигателя). К ним относятся впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Ниже мы рассмотрим, как эти отдельные такты влияют на цикл сгорания в двигателе автомобиля.

  • Впускной: Когда поршни перемещаются вверх и вниз вместе с коленчатым валом, они достигают клапанов, установленных на распределительном валу. Когда поршень движется вниз, ремень ГРМ вращает распределительный вал, заставляя клапаны открываться и выпускать топливно-воздушную смесь. Это называется приемом.

  • Сжатие: Такт сжатия происходит, когда поршень движется вверх, выталкивая топливно-воздушную смесь в ограниченное пространство.

  • Возгорание: Непосредственно перед тем, как поршень снова опускается вниз, свеча зажигания вырабатывает искру, воспламеняя топливно-воздушную смесь и вызывая небольшой взрыв. Это заставляет поршень быстро опускаться, производя энергию для питания двигателя.

  • Выхлоп: Когда поршень достигает своей нижней точки, выпускной клапан открывается. Когда поршень движется обратно вверх, он выбрасывает газы, образовавшиеся в результате взрыва, через выпускной клапан. Вверху выпускной клапан закрывается, и процесс повторяется.

Это цикл сгорания в одном цилиндре четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.Конечно, у автомобилей есть несколько цилиндров разной мощности, а также разные конфигурации и компоновки в зависимости от типа автомобиля и его выходной мощности.

Общие схемы расположения двигателей автомобилей

Производители автомобилей используют разные схемы расположения цилиндров для определенных двигателей, в основном с целью увеличения мощности или обеспечения того, чтобы двигатель поместился в ограниченном пространстве под капотом. Здесь мы рассмотрим наиболее распространенные схемы расположения цилиндров автомобильных двигателей.

Прямой

В прямом двигателе цилиндры расположены параллельно автомобилю спереди назад.Такое расположение позволяет использовать больше цилиндров, а прямые двигатели обычно используются в мощных седанах, таких как BMW и Mercedes.

Рядный

Рядный вариант - это когда цилиндры расположены бок о бок в вертикальном положении поперек моторного отсека, перпендикулярно автомобилю. Это позволяет создать небольшой компактный двигатель с другими компонентами (радиатор, аккумулятор, система охлаждения), установленными снаружи. Рядные двигатели являются наиболее распространенной формой двигателя и используются в большинстве хэтчбеков и небольших семейных автомобилей.

V

Под V-образным двигателем понимается форма расположения цилиндров, если смотреть спереди. Цилиндры в V-образном двигателе установлены на своей стороне под углом 60 ° двумя рядами, обращенными наружу, и соединены коленчатым валом у основания V-образной формы. Поскольку на двигатель V-образного типа можно втиснуть большое количество цилиндров, они обычно используются в суперкарах и других автомобилях премиум-класса.

Плоская

Плоская компоновка двигателя - это когда цилиндры установлены горизонтально двумя рядами наружу.Плоские двигатели, хотя и не очень распространены, высоко ценятся за то, что предлагают низкий центр тяжести в моторном отсеке, что облегчает управление. Одним из крупнейших производителей двигателей с плоским цилиндром является Porsche, который использует шестицилиндровый двигатель в своем легендарном спортивном автомобиле 911.

Конфигурации цилиндров двигателя

Давным-давно, чем больше цилиндров было у автомобиля, тем выше его производительность - но это уже не так. Развитие мощных систем впрыска топлива и турбонагнетателей означает, что автомобили с меньшим количеством цилиндров могут конкурировать с более крупными двигателями.Здесь мы рассмотрим типичные конфигурации цилиндров двигателя и автомобили, на которых они могут быть найдены.

Двухцилиндровые

Двухцилиндровые двигатели встречаются очень редко, поскольку они обладают низкой выходной мощностью и мощностью. Однако некоторые производители в настоящее время используют турбокомпрессоры для создания небольших экологичных двухцилиндровых двигателей. Fiat TwinAir является отличным примером этого, и его можно встретить на таких автомобилях, как Fiat 500 TwinAir и Fiat Panda Aria.

Трехцилиндровый

Трехцилиндровые двигатели используются на небольших автомобилях, хотя введение турбонагнетателей означало, что они начали появляться на более крупных семейных хэтчбеках, таких как Ford Focus.Трехцилиндровые двигатели издают характерный булькающий шум и известны своей дрожащей вибрацией, которая является результатом нечетного количества цилиндров, влияющих на балансировку двигателя.

Четырехцилиндровый

Самая распространенная конфигурация, четырехцилиндровые двигатели используются в подавляющем большинстве автомобилей малого и среднего класса и почти всегда устанавливаются в рядную компоновку. Четыре цилиндра обеспечивают хорошую мощность двигателя и могут быть очень мощными с помощью турбонагнетателя.

Пятицилиндровый

Пятицилиндровые двигатели встречаются очень редко и испытывают такую ​​же вибрацию, как и трехцилиндровые двигатели. Volvo - один из производителей, который регулярно использует пятицилиндровые двигатели, поскольку эффект вибрации компенсируется комфортом и изысканностью автомобиля.

Шестицилиндровый

Шестицилиндровые двигатели используются в высокопроизводительных и спортивных автомобилях и обычно имеют V-образную или прямую компоновку двигателя. Раньше шестицилиндровые двигатели не считались такими уж мощными, но теперь, благодаря турбонагнетателю, они устанавливаются на некоторые из самых мощных автомобилей в мире.

Восемь + цилиндров

Автомобили, оснащенные восемью или более цилиндрами, обычно попадают в кронштейн суперкара, учитывая их большой объем и выходную мощность. Обычно они располагаются в форме буквы V, поэтому их называют V8, V10 или V12. До недавнего времени V12 был самым большим из доступных двигателей, но все изменилось с появлением сверхбыстрого Bugatti Veyron с шестнадцатью цилиндрами.

Вне зависимости от того, имеет ли ваш автомобиль два или двенадцать цилиндров, добавки для топливной системы Redex могут улучшить производительность и снизить расход топлива.Наши присадки к бензину и дизельному топливу разработаны для очистки топливной системы, снижения выбросов и значительного улучшения характеристик вашего двигателя. Для получения дополнительной информации посетите домашнюю страницу .

Поделиться:

Двигатель внутреннего сгорания, объяснение

Современный двигатель внутреннего сгорания - это чудо техники, чудо механики, для использования которого не требуется больших знаний о его работе. Если вы не автомобильный фанат, вы, вероятно, не так много думаете о двигателе своей машины.

Конечно, пока что-то не пойдет не так под капотом. Когда дела идут плохо, проблемы и причины могут сбивать с толку многих водителей, для которых такие термины, как «поршень» и «картер» являются непонятной терминологией, а «боксер» напоминает Мухаммеда Али, а не Фердинанда Порше.

Итак, чтобы немного прояснить, что происходит под капотом, мы в Gear Patrol собрали воедино краткое руководство о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, и краткое изложение различных типов двигателей внутреннего сгорания, доступных для массового потребителя. автомобили.

Термины, которые необходимо знать

Карбюратор: Устройство, которое смешивает воздух и топливо в надлежащем соотношении для сгорания. Система механическая, а не электронная, как современные двигатели с впрыском топлива или с прямым впрыском; как таковой, он менее эффективен.
Картер: Часть блока двигателя, в которой находится коленчатый вал. Обычно изготавливается из одного или двух кусков алюминия или чугуна.
Коленчатый вал: Компонент двигателя, соединенный с поршнями, который обеспечивает вращательное движение при сгорании.
Цилиндр: Часть блока двигателя, в которой находятся поршень и шатун, а также место, где происходит сгорание.
Прямой впрыск: Метод, с помощью которого бензин нагнетается под давлением и впрыскивается в камеру сгорания цилиндра. В отличие от впрыска топлива, когда газ впрыскивается во впускной канал цилиндра.
Гармонический балансир: Также известный как демпфер, круглое устройство из резины и металла, прикрепленное к передней части коленчатого вала для поглощения вибраций и уменьшения износа коленчатого вала.Он уменьшает гармоники двигателя, возникающие при движении нескольких цилиндров по коленчатому валу.
Поршень: Компонент, расположенный внутри стенок цилиндра и закрепленный поршневыми кольцами. Он движется вверх и вниз во время четырехтактного процесса сгорания, создавая силу при взрыве топлива, а воздух перемещает его.
Ред. Соответствие: Технология в автомобилях с механической коробкой передач, в которой используются датчики педали сцепления, переключения передач и трансмиссии, отправляющие сигналы электронному блоку управления, которые сообщают ему автоматически увеличивать обороты двигателя, если обороты в минуту падают слишком низко. Согласование оборотов также происходит во время переключения на пониженную передачу, повышая обороты, чтобы соответствовать более низкой передаче. Это снижает износ двигателя и упрощает процесс переключения передач.
Вибрация кручения: Вибрация, возникающая из-за вращающихся валов внутри автомобиля.

Двигатель внутреннего сгорания

Как только вы преодолеете защитный пластиковый кожух двигателя, который есть на большинстве новых автомобилей, становится ясно сердце автомобиля: двигатель, окруженный радиатором, резервуарами для жидкости, воздушной камерой и аккумулятором. Независимо от того, насколько сложными могут быть двигатели - отчасти благодаря таким функциям, как прямой впрыск, согласование оборотов и т. Д.- в большинстве автомобилей используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования топлива в кинетическую энергию. Короче говоря, ваш двигатель 1. втягивает воздух и топливо, 2. сжимает его, 3. воспламеняет его, толкая поршни вниз и создавая механическую силу, которая перемещает автомобиль, а 4. выталкивает. воздух, чтобы освободить место для следующего цикла цикла.

Хотя реальный процесс значительно сложнее, четыре этапа в основном можно суммировать следующим образом:

Такт всасывания: Воздух и топливо втягиваются в цилиндр по мере того, как поршень движется вниз.
Ход сжатия: Воздух, подаваемый в двигатель, и топливо сжимаются, когда цилиндр перемещается в положение хода вверх.
Ход сгорания: Искра от свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, создавая давление. Расширяющаяся смесь толкает поршень вниз.
Ход выхлопа: Образовавшаяся газовая смесь, образовавшаяся в результате воспламенения и расширения, выбрасывается из цилиндра как отходы.

Мощность двигателя сильно различается в зависимости от количества цилиндров, конфигурации двигателя и таких технологий, как турбонаддув и наддув. Лошадиная сила - это не просто добавление цилиндров или рабочий объем; Фактически, многие из сегодняшних высокопроизводительных четырехцилиндровых двигателей могут легко соответствовать или превосходить мощность своих шестицилиндровых собратьев. В наши дни это еще и технологическая игра; Соедините меньший бензиновый двигатель с электродвигателем, и вы получите рецепт дополнительного ускорения. (Показательный пример: BMW i8, который сочетает в себе 1,5-литровый рядный трехцилиндровый двигатель с турбонаддувом и электродвигатель общей мощностью 357 лошадиных сил и 420 фунт-фут крутящего момента.)

Типы двигателей

Современные двигатели внутреннего сгорания прошли долгий путь с 1876 года, когда уроженец Германии Николаус Отто построил первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Сегодня автомобильные инженеры регулярно творят чудеса, извлекая из конструкции максимальную мощность и эффективность. И хотя гибридные и электрические силовые агрегаты находятся на подъеме, на данный момент двигатели внутреннего сгорания - рядные / прямые, V-образные и оппозитные / плоские, работающие на бензине или дизельном топливе, ‚владеют дорогой.

Рядные / прямые двигатели

Примеры рядных / прямых двигателей
Рядные / прямолинейные двигатели: BMW i8
Рядные / прямые четверки: Honda Civic Si
Рядные / прямые шестерки: BMW X3 / X4 M

В «рядном» или «прямом» двигателе цилиндры расположены по прямой линии.Подавляющее большинство автомобилей с четырьмя цилиндрами на дорогах - это двигатели с «рядным четырехцилиндровым двигателем», поэтому промышленность обычно называет их «четырехцилиндровыми». Рядные четырехцилиндровые двигатели, как правило, используются в автомобилях эконом-класса, поскольку они менее дороги в сборке и проще в обслуживании - цилиндры выстраиваются вдоль одного коленчатого вала, который приводит в движение поршни.

Рядный / рядный шестицилиндровый двигатель по своей сути сбалансирован из-за того, что отсутствуют вторичные гармоники, генерируемые парами поршней, движущихся под нечетным углом или на разных осях друг от друга, что приводит к гораздо меньшей вибрации, чем у рядных четырехцилиндровых двигателей. -цилиндровые двигатели.В настоящее время только BMW и Mercedes-Benz производят рядные / рядные шестицилиндровые двигатели для своих легковых автомобилей, и они имеют звездную репутацию благодаря плавности хода и сбалансированности.

V-образные двигатели

Примеры V-образных двигателей
V-4: Porsche 919 Hybrid Le Mans
V-6: Toyota 4Runner
V-8: Dodge Challenger
V- 10: Lamborghini Huracán
V-12: Ferrari 821 Superfast

«V-6» и «V-8» настолько встроены в американский словарь, что некоторые люди могут не знать, что двигатели бывают в каком-либо другом формате.Двигатели V-типа обычно имеют два ряда цилиндров, установленных под углом 90 градусов друг к другу - отсюда V-образная форма - причем каждый ряд имеет половину общего числа цилиндров. В результате V-образные двигатели короче и занимают меньше места, чем прямые, что позволяет автопроизводителям уменьшить размер моторного отсека и увеличить зоны деформации и пространство для пассажиров. Кроме того, их легче установить ниже в автомобиле, что улучшит управляемость.

Если вы считаете себя фанатом автоспорта, вы цените V-образные двигатели из-за их частого использования в гоночных автомобилях.Жесткая конструкция и прочные материалы, используемые в двигателях V-типа, позволяют им выдерживать высокие нагрузки. Это также обеспечивает низкие силы крутильной вибрации, обеспечивая плавность хода при переключении передач и высоких оборотах.

оппозитный / плоский двигатель

Примеры оппозитных / плоских двигателей
Flat-Four: Subaru WRX
Flat-Six: Porsche 911 Carrera

Термин «оппозитный» двигатель происходит от расположения поршней, которые лежать горизонтально друг к другу, как два боксера-соперника, которые касаются перчаток в начале боя.Поршни в оппозитном / плоском двигателе образуют два ряда - по одному с каждой стороны одного коленчатого вала.

оппозитный двигатель не просто устрашающий звук; он обеспечивает более низкий центр тяжести, чем рядные / прямые и V-образные двигатели, что улучшает управляемость. (Есть причина, по которой Porsche использует оппозитный двигатель в своих спортивных автомобилях 911, 718 Boxster и 718 Cayman). Однако оппозитные двигатели имеют тенденцию быть более громоздкими и имеют более неудобную форму, что затрудняет их размещение в переднем моторном отсеке. . (Subaru - единственный автопроизводитель, использующий в настоящее время оппозитный двигатель - однако, это удается довольно успешно.)

Дизельные двигатели

Примеры дизельных двигателей
Турбодизель V-6: Ram 1500 EcoDiesel
Турбодизель V-8: Ford F-250 Super Duty

Избавьтесь от старого представления о выбросе дыма хриплых 18-колесных автомобилей; современные дизельные двигатели, работающие на экологически чистом топливе, используемые в легковых автомобилях, намного менее грубы. Сгорание, происходящее в дизельном двигателе, не требует искры; скорее, высокоэнергетическое дизельное топливо воспламеняется из-за сильного сжатия поршней: воздух сжимается, нагревая его до очень высоких температур; топливо впрыскивается, и смесь воспламеняется.

Хотя дизельные двигатели имеют разное количество цилиндров, они отличаются от своих газовых аналогов тем, что они используют сжатие, а не искру для воспламенения сжатой топливно-воздушной смеси. Но не только то, как происходит сгорание, отличает эти силовые установки от других: в силу того, что для сгорания требуется более высокое давление, дизельный двигатель должен быть построен как резервуар, чтобы выдерживать неправильное обращение. В результате они, как правило, служат дольше, чем стандартные двигатели внутреннего сгорания.Дизельные двигатели также более эффективны; они извлекают из своего топлива больше энергии, чем бензин.

И, наконец, у дизельных двигателей есть одно преимущество, которое нравится многим энтузиастам: больший крутящий момент на более низких оборотах двигателя, что заставляет их чувствовать себя более быстрыми вне очереди.

Подробнее Обзоры Gear Patrol


Горячие отзывы и подробные обзоры заслуживающих внимания, актуальных и интересных продуктов. Прочитать историю

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был доминирующим двигателем в нашем обществе с момента его изобретения в последней четверти XIX века [подробнее см., Например, Heywood (1988)]. Его цель - генерировать механическую энергию из химической энергии, содержащейся в топливе и высвобождаемой при сгорании топлива внутри двигателя.Именно этот конкретный момент, когда топливо сжигается внутри производственной части двигателя, дает двигателям внутреннего сгорания их название и отличает их от других типов, таких как двигатели внешнего сгорания. Хотя газовые турбины удовлетворяют определению двигателя внутреннего сгорания, этот термин традиционно ассоциировался с с искровым зажиганием (иногда называемым Otto, бензиновые или бензиновые двигатели ) и дизельными двигателями (или двигателями с воспламенением от сжатия ).

Двигатели внутреннего сгорания используются в самых разных областях, от судовых силовых установок и электростанций мощностью более 100 МВт до ручных инструментов, мощность которых составляет менее 100 Вт.Это означает, что размер и характеристики современных двигателей сильно различаются между большими дизелями, имеющими диаметр цилиндра более 1000 мм и совершающим возвратно-поступательное движение на скорости до 100 об / мин, и маленькими бензиновыми двухтактными двигателями с диаметром цилиндра около 20 мм. К этим двум крайностям относятся среднеоборотные дизельные двигатели, автомобильные дизели для тяжелых условий эксплуатации, двигатели грузовых и легковых автомобилей, авиационные двигатели, двигатели мотоциклов и небольшие промышленные двигатели. Среди всех этих типов бензиновые и дизельные двигатели для легковых автомобилей занимают видное место, поскольку они, безусловно, являются крупнейшими производимыми двигателями в мире; как таковые, их влияние на социальную и экономическую жизнь имеет первостепенное значение.

Большинство поршневых двигателей внутреннего сгорания работают по так называемому четырехтактному циклу (рис. 1), который подразделяется на четыре процесса: впуск, сжатие, расширение / мощность и выпуск. Для каждого цилиндра двигателя требуется четыре хода поршня, что соответствует двум оборотам коленчатого вала, чтобы завершить последовательность, которая приводит к выработке мощности.

Рисунок 1. Цикл четырехтактного двигателя.

Такт впуска инициируется движением вниз поршня, который втягивает в цилиндр свежую топливно-воздушную смесь через узел порта / клапана и заканчивается, когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ).Смесь создается либо с помощью карбюратора (как в обычных двигателях), либо путем впрыска бензина под низким давлением во впускной канал через инжектор игольчатого типа с электронным управлением (как в более совершенных двигателях). Фактически, процесс впуска начинается с открытия впускного клапана непосредственно перед верхней мертвой точкой (ВМТ) и заканчивается, когда впускной клапан (или клапаны в четырехклапанных двигателях на цилиндр) закрывается вскоре после НМТ. Время закрытия впускного клапана (ов) зависит от конструкции впускного коллектора, которая влияет на газовую динамику и объемный КПД двигателя, а также на частоту вращения двигателя.

За тактом впуска следует такт сжатия , который фактически начинается при закрытии впускного клапана. Его цель - подготовить смесь к горению за счет повышения ее температуры и давления. Горение инициируется энергией, выделяемой через свечу зажигания в конце такта сжатия, и связано с быстрым ростом давления в цилиндре.

Ход мощности или расширения начинается с поршня в ВМТ сжатия и заканчивается в НМТ.В этот момент газы с высокой температурой и давлением, образующиеся во время сгорания, толкают поршень вниз, заставляя рукоятку вращаться. Непосредственно перед достижением поршнем НМТ открывается выпускной клапан (ы), и сгоревшие газы могут выйти из цилиндра из-за разницы давлений между цилиндром и выпускным коллектором.

Этот ход выхлопа завершает цикл двигателя, откачивая цилиндр от сгоревших, частично сгоревших или даже несгоревших газов, выходящих из процесса сгорания; следующий цикл двигателя начинается, когда впускной клапан открывается около ВМТ, а выпускной клапан закрывается на несколько градусов позже.

Важно отметить, что свойства бензина в сочетании с геометрией камеры сгорания оказывают значительное влияние на продолжительность горения, скорость повышения давления и образования загрязняющих веществ . При определенных условиях смесь конечного газа может самовоспламеняться до того, как пламя достигнет этой части цилиндра, что приведет к детонации , что вызывает колебания давления высокой интенсивности и частоты.

Способность бензинового топлива противостоять самовоспламенению и, таким образом, предотвращать возможное повреждение двигателя в результате детонации характеризуется своим октановым числом .До недавнего времени добавление небольшого количества свинца в бензин было предпочтительным методом подавления детонации, но связанные с этим риски для здоровья в сочетании с необходимостью использования катализаторов для снижения выбросов выхлопных газов вызвали необходимость введения неэтилированного бензина. Это требует уменьшения степени сжатия двигателя (отношения объема цилиндра в НМТ к объему в ВМТ), чтобы предотвратить детонацию с нежелательным влиянием на термический КПД.

Как уже упоминалось, четырехтактный цикл, также известный как цикл Отто по имени его изобретателя Николауса Отто, который построил первый двигатель в 1876 году, обеспечивает рабочий ход на каждые два оборота коленчатого вала.Один из способов увеличить выходную мощность двигателя заданного размера - преобразовать ее в двухтактный цикл (рис. 2), в котором мощность вырабатывается при каждом обороте двигателя.

Рисунок 2. Цикл двухтактного двигателя.

Поскольку этот режим работы приводит к увеличению выходной мощности - хотя и не до двойных уровней, ожидаемых при простых расчетах - он широко используется в мотоциклах, легковых автомобилях и морских судах как с искровым зажиганием, так и с дизельными двигателями.Дополнительным преимуществом является простая конструкция двухтактных двигателей, поскольку они могут работать с боковыми отверстиями в гильзе, закрытыми и открытыми движением поршня, вместо громоздкого и сложного верхнего кулачкового механизма.

В двухтактном цикле такт сжатия и начинается после того, как впускные и выпускные боковые порты закрываются поршнем; топливно-воздушная смесь сжимается и затем воспламеняется свечой зажигания, аналогично зажиганию в четырехтактном бензиновом двигателе, чтобы инициировать сгорание около ВМТ. В то же время свежий заряд может попасть в картер перед его последующим сжатием движущимся вниз поршнем во время хода мощности или хода расширения . В этот период сгоревшие газы толкают поршень, пока он не достигнет НМТ, что позволяет открыть сначала выпускные отверстия, а затем впускные (переходные) отверстия. Открытие выпускных отверстий позволяет сгоревшим газам выходить из цилиндра, в то время как частично в то же время свежий заряд, сжатый в картере, входит в цилиндр через правильно ориентированные перекачивающие каналы.

Перекрытие тактов впуска и выпуска в двухтактных двигателях является причиной того, что часть свежего заряда вытекает непосредственно из цилиндра во время процесса продувки. Несмотря на различные попытки уменьшить масштаб этой проблемы путем введения дефлектора в поршень (рис. 2) и направления входящего заряда от места расположения выпускных отверстий, эффективность зарядки в обычных двухтактных двигателях остается относительно низкой. Решение этой проблемы состоит в том, чтобы подавать топливо непосредственно в цилиндр, отдельно от свежего воздуха, через форсунки с подачей воздуха в период, когда и выпускной, и перекачивающий каналы закрыты. Несмотря на короткий период, доступный для перемешивания, распылители с подачей воздуха могут создавать однородную обедненную смесь во время воспламенения за счет образования капель бензина со средним диаметром менее 40 мкм, которые очень легко испаряются во время такта сжатия.

Среди различных типов двигателей внутреннего сгорания дизельный двигатель или двигатель с воспламенением от сжатия славится своим высоким КПД, пониженным расходом топлива и относительно низкими общими выбросами газов. Его название происходит от немецкого инженера Рудольфа Дизеля (1858-1913), который в 1892 году описал в своем патенте вид двигателя внутреннего сгорания, который не требует внешнего источника воспламенения и в котором сгорание инициируется самовоспламенением жидкого топлива, впрыскиваемого в него. воздух с высокой температурой и давлением в конце такта сжатия.

Преимущества, присущие дизельному двигателю с точки зрения эффективности, обусловлены его обедненной общей смесью, высокой степенью сжатия двигателя, обеспечиваемой из-за отсутствия воспламенения (детонации) отходящих газов и большей степени расширения. Как следствие, дизельные двигатели либо в двухтактной, либо в четырехтактной конфигурации были традиционно предпочтительными силовыми установками для коммерческих применений, таких как корабли / катера, энергогенераторы, локомотивы и гусеницы, и в течение последних 20 лет или около того. , легковые автомобили, особенно в Европе.

Недостаток низкой выходной мощности дизельных двигателей был устранен за счет использования нагнетателей или турбонагнетателей, которые увеличивают отношение мощности к массе двигателя за счет увеличения плотности воздуха на входе. Ожидается, что турбокомпрессоры станут стандартными компонентами всех будущих дизельных двигателей независимо от области применения.

Работа дизельного двигателя отличается от двигателя с искровым зажиганием, главным образом, тем, как смесь образуется перед сгоранием.Только воздух вводится в двигатель через винтовой или направленный канал, и топливо смешивается с воздухом во время такта сжатия после его впрыска под высоким давлением в форкамерный дизель с непрямым впрыском или IDI) или в главную камеру (дизельное топливо с прямым впрыском. или DI) непосредственно перед началом горения.

Необходимость в достижении хорошего смешивания топлива с воздухом в дизельных двигателях удовлетворяется за счет систем впрыска топлива под высоким давлением, которые образуют капли со средним диаметром около 40 мкм. Для легковых автомобилей системы впрыска топлива состоят из роторного насоса, нагнетательных трубок и форсунок топливных форсунок, конструкция которых различается в зависимости от области применения; В дизельных двигателях с прямым впрыском используются форсунки с отверстиями, в то время как в дизелях с непрямым впрыском используются форсунки игольчатого типа.В более крупных дизельных двигателях используются насосы с рядным впрыском топлива, насос-форсунки (насос и форсунка, объединенные в один блок) или отдельные однокамерные насосы, которые устанавливаются рядом с каждым цилиндром.

За последние 20 лет или около того осознание того, что ресурсы сырой нефти ограничены и что окружающая среда, в которой мы живем, становится все более и более загрязненной, побудило правительства принять законы, ограничивающие уровней выбросов выхлопных газов транспортных средств и двигатели всех типов. С момента их введения в Японии и США в конце 60-х годов и в Европе в 1970 году нормы выбросов постоянно становятся более строгими, и производители двигателей сталкиваются с самой серьезной проблемой в истории со стандартами, согласованными на 1996 год и позднее, которые для легковых автомобилей кратко изложены в таблице. 1.Ожидается, что новые стандарты, которые будут введены в Европе в 2000 году, будут еще ниже, после калифорнийских уровней, которые требуют нулевых уровней выбросов на рубеже веков. Однако неясно, будут ли существующие двигатели соответствовать этим ограничениям, несмотря на отчаянные попытки инженеров по всему миру.

Таблица 1. Европейские стандарты выбросов на 1996 год

Рисунок 3. Модель трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.

Из таблицы 1 видно, что основными загрязнителями в двигателях с искровым зажиганием являются углеводороды (HC), монооксид углерода (CO) и оксиды азота (NO x = NO + NO 2 ) в дизельных двигателях. , NO x и твердые частицы, состоящие из частиц сажи, образующихся при сгорании смазочного масла и углеводородов, являются наиболее вредными.

В настоящее время трехкомпонентные катализаторы, которые являются стандартным компонентом современных легковых автомобилей, оснащенных двигателями с искровым зажиганием, работающими на неэтилированном бензине, позволяют примерно на 90% снизить выбросы HC, CO и NO x путем их преобразования в двуокись углерода ( CO 2 ), вода (H 2 O) и N 2 .

К сожалению, эти катализаторы требуют стехиометрической (соотношение воздух-топливо ~ 14,5) работы двигателя, что нежелательно как с точки зрения расхода топлива, так и с точки зрения выбросов CO 2 .Альтернативным подходом является концепция сжигания обедненной смеси, которая обещает одновременное снижение расхода топлива и выбросов выхлопных газов за счет удовлетворительного сжигания бедных смесей с соотношением воздух-топливо, намного превышающим 20. Ожидается, что разработка катализаторов сжигания обедненной смеси с эффективностью преобразования более 60% может позволить двигателям сжигания обедненной смеси соответствовать будущему законодательству по выбросам; это область активных исследований как в промышленности, так и в академических кругах. С другой стороны, новые дизельные двигатели зависят от двухкомпонентных или окислительных катализаторов для уменьшения количества твердых частиц в выхлопных газах за счет преобразования углеводородов в CO 2 и H 2 O, а также от рециркуляции выхлопных газов и замедленного времени впрыска для снижения NO. х уровней.

ССЫЛКИ

Аркуманис, К. (Ред.) (1988) Двигатели внутреннего сгорания . Академическая пресса.

Блэр, Г. П. (1990) Базовая конструкция двухтактных двигателей . Общество Автомобильных Инженеров.

Фергюсон, К. Р. (1986) Двигатели внутреннего сгорания . Джон Вили и сыновья.

Хейвуд, Дж. Б. (1988) Основы двигателя внутреннего сгорания . Макгроу Хилл.

Стоун Р. (1992) Введение в двигатели внутреннего сгорания .Macmillan Education Ltd. 2-е изд.

Уивинг, Дж. Х. (ред.) (1990) Техника внутреннего сгорания: Наука и технологии . Прикладная наука Elsevier.

Типы двигателей

Двигатели - это машины, которые преобразуют источник энергии в физическую работу. Если вам нужно что-то передвигать, двигатель - это то, что вам нужно. Но не все двигатели сделаны одинаково, и разные типы двигателей определенно не работают одинаково.

Изображение предоставлено Little Visuals / Pixabay.

Вероятно, наиболее интуитивно понятный способ различить их - это тип энергии, который каждый двигатель использует для выработки мощности.

  • Тепловые двигатели
    • Двигатели внутреннего сгорания (двигатели внутреннего сгорания)
    • Двигатели внешнего сгорания (ЕС двигатели)
    • Двигатели реакции
  • Электродвигатели
  • Физические механизмы

Тепловые двигатели

В самом широком смысле этим двигателям требуется источник тепла для перехода в движение. В зависимости от того, как они выделяют указанное тепло, это могут быть двигатели внутреннего сгорания (которые сжигают материал) или негорючие двигатели. Они действуют либо за счет прямого сгорания топлива, либо за счет преобразования жидкости для создания работы. Таким образом, большинство тепловых двигателей также частично пересекаются с химическими системами привода. Это могут быть двигатели с воздушным дыханием (которые забирают окислитель, например кислород из атмосферы) или двигатели без дыхания (с окислителями, химически связанными в топливе).

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (двигатели IC) сегодня довольно распространены.Они приводят в действие автомобили, газонокосилки, вертолеты и так далее. Самый большой двигатель внутреннего сгорания может генерировать 109 000 л.с. для корабля, перевозящего 20 000 контейнеров. Двигатели внутреннего сгорания получают энергию из топлива, сжигаемого в специальной области системы, называемой камерой сгорания. В процессе сгорания образуются продукты реакции (выхлоп), общий объем которых намного превышает общий объем реагентов (топлива и окислителя). Это расширение и есть хлеб с маслом для двигателей внутреннего сгорания - это то, что на самом деле обеспечивает движение.Тепло является лишь побочным продуктом сгорания и представляет собой потраченную впустую часть запаса энергии топлива, поскольку фактически не обеспечивает никакой физической работы.

Рядный 4-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания.
Изображение предоставлено НАСА / Исследовательским центром Гленна. Двигатели

IC различаются по количеству «ходов» или циклов, которые каждый поршень делает для полного вращения коленчатого вала. Сегодня наиболее распространены четырехтактные двигатели, в которых реакция сгорания разбита на четыре этапа:

  1. Индукция или впрыск топливовоздушной смеси (карбюрата) в камеру сгорания.
  2. Сжатие смеси.
  3. Зажигание свечой или сжатием - топливо идет штанга .
  4. Выброс выхлопных газов.
Этот радиальный паровозик похож на самого забавного человечка, которого я когда-либо видел.
Изображение предоставлено Duk / Wikimedia.

На каждом шаге 4-тактный поршень попеременно опускается или поднимается. Зажигание - это единственный этап, на котором в двигателе генерируется работа, поэтому на всех остальных этапах каждый поршень использует энергию от внешних источников (другие поршни, электростартер, ручной запуск или инерция коленчатого вала) для перемещения.Вот почему вам нужно тянуть за шнурок газонокосилки, и почему вашему автомобилю нужен исправный аккумулятор, чтобы начать работать.

Другими критериями для дифференциации двигателей внутреннего сгорания являются тип используемого топлива, количество цилиндров, общий рабочий объем (внутренний объем цилиндров), распределение цилиндров (рядные, радиальные, V-образные двигатели и т. Д.), А также мощность и мощность. -весовой выход.

Двигатели внешнего сгорания

Двигатели внешнего сгорания (двигатели ЕС) хранят топливо и продукты выхлопа отдельно - они сжигают топливо в одной камере и нагревают рабочую жидкость внутри двигателя через теплообменник или стенку двигателя. В эту категорию попадает и этот великий отец промышленной революции, паровая машина.

В некоторых отношениях двигатели с электронным управлением работают так же, как и их аналоги на базе IC - им обоим требуется тепло, которое получается при сжигании материала. Однако есть и несколько отличий.

В двигателях

EC используются жидкости, которые подвергаются тепловому расширению-сжатию или сдвигу по фазе, но чей химический состав остается неизменным. Используемая жидкость может быть газообразной (как в двигателе Стирлинга), жидкостью (двигатель с органическим циклом Ренкина) или претерпевать изменение фазы (как в паровом двигателе) - для двигателей внутреннего сгорания почти всегда жидкость представляет собой жидкое топливо. и воздушная смесь, которая воспламеняется (меняет свой химический состав).Наконец, двигатели могут либо выпускать жидкость после использования, как двигатели внутреннего сгорания (двигатели с открытым циклом), либо постоянно использовать одну и ту же жидкость (двигатели с закрытым циклом).

Работает паровой двигатель Стивенсона

Удивительно, но первые паровые машины, получившие промышленное применение, создавали работу за счет создания вакуума, а не давления. Эти машины, получившие название «атмосферные двигатели», были громоздкими и крайне неэффективными. Со временем паровые двигатели приобрели форму и характеристики, которые мы ожидаем от двигателей сегодня, и стали более эффективными - с поршневыми паровыми двигателями, в которых была введена поршневая система (все еще используемая двигателями внутреннего сгорания сегодня) или составные системы двигателей, в которых повторно использовалась жидкость. в цилиндрах при понижении давления для создания дополнительной «мощности».

Сегодня паровые двигатели вышли из широкого использования: они тяжелые, громоздкие, имеют гораздо меньшую топливную эффективность и удельную мощность, чем двигатели внутреннего сгорания, и не могут так быстро менять мощность. Но если вас не беспокоит их вес, размер и вам нужен постоянный запас работы, они просто великолепны. Таким образом, ЕС в настоящее время с большим успехом используется в качестве паротурбинных двигателей для морских операций и электростанций.

Применение

для атомной энергетики отличается тем, что называется негорючими или внешними тепловыми двигателями , поскольку они работают по тем же принципам, что и двигатели ЕС, но не получают энергию от сгорания.

Реакционные двигатели

Реакционные двигатели , в просторечии известные как реактивные двигатели , создают тягу за счет выброса реакционной массы. Основным принципом реактивного двигателя является третий закон Ньютона: в основном, если вы ударите чем-то с достаточной силой через заднюю часть двигателя, он вытолкнет переднюю часть вперед. И реактивные двигатели действительно хороши в этом.

Безумно хорошо в этом.
Изображение предоставлено thund3rbolt / Imgur.

То, что мы обычно называем «реактивным» двигателем, прикрепленное к пассажирскому самолету Boeing, строго говоря, является воздушно-реактивным двигателем и относится к классу двигателей с турбинным двигателем. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели, которые обычно считаются более простыми и надежными, поскольку они содержат меньше (или почти не содержат) движущихся частей, также являются воздушно-реактивными двигателями, но относятся к классу таранных двигателей. Разница между ними заключается в том, что прямоточные воздушно-реактивные двигатели полагаются на чистую скорость для подачи воздуха в двигатель, тогда как турбореактивные двигатели используют турбины для втягивания и сжатия воздуха в камеру сгорания.В остальном они функционируют в основном одинаково.

В турбореактивных двигателях воздух втягивается в камеру двигателя и сжимается вращающейся турбиной. Ramjets рисуют и сжимают его, двигаясь очень быстро. Внутри двигателя он смешивается с мощным топливом и воспламеняется. Когда вы концентрируете воздух (и, следовательно, кислород), смешиваете его с большим количеством топлива и взрываете его (таким образом, генерируя выхлоп и термически расширяя весь газ), вы получаете реакционный продукт, который имеет огромный объем по сравнению с всасываемым воздухом. Единственное место, через которое может пройти вся эта масса газов, - это задняя часть двигателя, что происходит с огромной силой.По пути он приводит в действие турбину, втягивая больше воздуха и поддерживая реакцию. И, чтобы добавить оскорбления к травмам, в задней части двигателя есть метательное сопло.

Здравствуйте, я метательная форсунка. Я буду твоим проводником.

Этот элемент оборудования заставляет весь газ проходить через еще меньшее пространство, чем он изначально прошел, таким образом, еще больше ускоряя его, превращая его в «струю» материи. Выхлоп выходит из двигателя с невероятной скоростью, в три раза превышающей скорость звука, толкая самолет вперед.

Реактивные двигатели

, не дышащие воздухом, или ракетные двигатели , работают так же, как реактивные двигатели без переднего долота - потому что им не нужен внешний материал для поддержания горения. Мы можем использовать их в космосе, потому что в них есть весь необходимый окислитель, упакованный в топливо. Это один из немногих типов двигателей, в которых постоянно используется твердое топливо.

Тепловые двигатели могут быть до смехотворно большими или очаровательно маленькими. Но что, если все, что у вас есть, - это розетка, и вам нужно запитать свои вещи? Что ж, в таком случае вам нужно:

Электродвигатели

Ах да, чистая банда.Классические электрические двигатели бывают трех типов: магнитные, пьезоэлектрические и электростатические.

И, конечно же, привод Duracell.

Магнитный, как и батарея там, наиболее часто используется из трех. Он основан на взаимодействии магнитного поля и электрического потока для создания работы. Он работает по тому же принципу, что и динамо-машина для выработки электроэнергии, но наоборот. Фактически, вы можете выработать немного электроэнергии, если вручную провернете электромагнетизм.

Для создания магнитного двигателя вам понадобятся несколько магнитов и намотанный провод. Когда к обмотке подается электрический ток, он индуцирует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитом, создавая вращение. Важно, чтобы эти два элемента были разделены, поэтому электродвигатели состоят из двух основных компонентов: статора, который является внешней частью двигателя и остается неподвижной, и ротора, который вращается внутри него. Они разделены воздушной прослойкой. Обычно магниты встроены в статор, а проводник намотан на ротор, но они взаимозаменяемы.Магнитные двигатели также оснащены коммутатором для переключения электрического потока и модуляции индуцированного магнитного поля, когда ротор вращается для поддержания вращения.

Пьезоэлектрические приводы - это типы двигателей, в которых используется свойство некоторых материалов генерировать ультразвуковые колебания под воздействием электрического тока для создания работы. Электростатические двигатели используют одинаковые заряды, чтобы отталкивать друг друга и вызывать вращение ротора. Поскольку в первом используются дорогие материалы, а во втором для работы требуется сравнительно высокое напряжение, они не так распространены, как магнитные приводы.

Классические электрические двигатели обладают одними из самых высоких показателей энергоэффективности среди двигателей, преобразуя до 90% энергии в работу.

Ионные приводы

Ионные приводы представляют собой смесь реактивного и электростатического двигателей. Этот класс приводов ускоряет ионы (плазму), используя электрический заряд для создания движения. Они не работают, если вокруг корабля уже есть ионы, поэтому они бесполезны за пределами космического вакуума.

Подруливающее устройство Холла.
Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech.

Они также имеют очень ограниченную выходную мощность. Однако, поскольку в качестве топлива они используют только электричество и отдельные частицы газа, они были тщательно изучены для использования в космических кораблях. Deep Space 1 и Dawn успешно использовали ионные двигатели. Тем не менее, эта технология кажется наиболее подходящей для малых кораблей и спутников, поскольку след электронов, оставляемый этими двигателями, отрицательно влияет на их общую производительность.

Приводы EM / Cannae

EM / Cannae Приводы используют электромагнитное излучение, содержащееся в микроволновом резонаторе, для создания доверия.Это, наверное, самый необычный из всех типов двигателей. Его даже называют «невозможным» побуждением, поскольку это нереакционный побудительный мотив, то есть он не производит никакого разряда для создания тяги, по-видимому, в обход Третьего закона.

«Вместо топлива в нем используются микроволны, отражающиеся от тщательно настроенного набора отражателей для достижения небольшой силы и, следовательно, тяги без топлива», - сообщил Андрей о поездке.

Было много споров о том, работает ли этот тип двигателя на самом деле или нет, но тесты НАСА подтвердили, что он функционально исправен.В будущем его даже обновят. Поскольку он использует только электрическую энергию для создания тяги, хотя и в небольших количествах, он кажется наиболее подходящим двигателем для исследования космоса.

Но это в будущем. Давайте посмотрим, с чего все началось. Давайте посмотрим на:

Физические механизмы

Работа этих двигателей зависит от накопленной механической энергии. Заводные двигатели , пневматические и гидравлические двигатели - все это физические приводы.

Модель Ле Плонжера с огромными баллонами с воздухом.
Изображение предоставлено Национальным морским музеем.

Они не очень эффективны. Они также обычно не могут использовать большие запасы энергии. Например, заводные двигатели хранят упругую энергию в пружинах, и их нужно заводить каждый день. Пневматические и гидравлические двигатели должны иметь на себе огромные трубки со сжатой жидкостью, которые, как правило, не работают очень долго. Например, Plongeur , первая в мире подводная лодка с механическим приводом, построенная во Франции между 1860 и 1863 годами, несла поршневой воздушный двигатель, снабженный 23 танками на 12. 5 баров. Они занимали огромное пространство (153 кубических метра / 5 403 кубических фута), и их хватало только для того, чтобы корабль пролетел 5 морских миль (9 км / 5,6 миль) при скорости 4 узла.

Тем не менее, физические диски, вероятно, использовались впервые. Катапульты, требушеты или тараны полагаются на этот тип двигателей. То же самое можно сказать о кранах, приводимых в движение человеком или зверем - все они использовались задолго до любых других типов двигателей.

Это далеко не полный список всех двигателей, созданных человеком.Не говоря уже о том, что биология тоже создала побуждения - и они являются одними из самых эффективных, которые мы когда-либо видели. Но если вы прочтете все это, я почти уверен, что у вас к этому моменту заканчивается топливо. Так что отдохните, расслабьтесь, и в следующий раз, когда вы встретите двигатель, смазывайте руки и нос, исследуя его - мы рассказали вам основы.

автомобильных двигателей Карточки | Quizlet

Различные типы двигателей
25 августа 2016 г. Панкадж Мишра 0 комментариев Автомобиль

В этой статье мы узнаем о различных типах двигателей.Классификация двигателей зависит от типа используемого топлива, рабочего цикла, числа тактов, типа зажигания, количества цилиндров, расположения цилиндров, расположения клапанов, типов охлаждения и т. Д. Эти двигатели используются в различных областях, таких как в автомобильной, авиационной, морской промышленности и т. д. в зависимости от пригодности они используются в различных областях. Итак, давайте поговорим о различных типах двигателей один за другим.
Типы двигателей
В основном двигатели бывают двух типов: это двигатели внешнего сгорания и двигатели внутреннего сгорания.

(я). Двигатель внешнего сгорания: В двигателе внешнего сгорания сгорание топлива происходит вне двигателя. Пример: паровой двигатель.
(ii). Двигатель внутреннего сгорания: В двигателе внутреннего сгорания сгорание топлива происходит внутри двигателя. Двухтактные и четырехтактные бензиновые и дизельные двигатели являются примерами двигателей внутреннего сгорания.
Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания (I.C.), и их классификация зависит от различных оснований.
I.C. Двигатели классифицируются по следующему принципу:

1. Типы конструкции

(i). Возвратно-поступательный двигатель: В поршневом двигателе есть поршень и цилиндр, поршень совершает возвратно-поступательное движение (вперед и назад) внутри цилиндра. Из-за возвратно-поступательного движения поршня его называют поршневым двигателем. Двухтактные и четырехтактные двигатели являются типичными примерами поршневых двигателей.

(ii). Роторный двигатель: В роторном двигателе ротор совершает вращательное движение для выработки мощности.Возвратно-поступательного движения нет. В камере находится ротор, который совершает вращательное движение внутри камеры. Роторный двигатель Ванкеля, газотурбинные двигатели относятся к роторным типам двигателей.

2. Типы используемого топлива

В зависимости от типа используемого топлива двигатель классифицируется как бензиновый, дизельный и газовый.
(i). Бензиновый двигатель: двигатель, работающий на бензине, называется бензиновым двигателем.
(ii). Дизельный двигатель: Двигатель, работающий на дизельном топливе, называется дизельным двигателем.
(iii). Газовый двигатель: двигатель, работающий на газовом топливе, называется газовым двигателем.
3. Цикл работы
На основе рабочего цикла типы двигателей следующие:
(i). Двигатель цикла Отто: эти типы двигателей работают по циклу Отто.
(ii). Двигатель с дизельным циклом: Двигатель, работающий по дизельному циклу, называется двигателем с дизельным циклом.
(iii). Двухтактный двигатель или двигатель с полудизельным циклом: Двигатель, который работает как с дизельным двигателем, так и с циклом Отто, называется двухтактным двигателем или двигателем с полудизельным циклом.
4. Число ходов
Типы двигателей в зависимости от числа ходов:
(i). Четырехтактный двигатель: это двигатель, в котором поршень перемещается четыре раза, то есть два движения вверх (от ВМТ до ВМТ) и 2 движения вниз (от ВМТ до ВМТ) за один цикл рабочего такта, называется четырехтактным двигателем.

Четырехтактный двигатель

(ii). Двухтактный двигатель: двигатель, в котором поршень совершает двукратное движение, то есть одно из ВМТ в НМТ, а другое из НМТ в ВМТ для создания рабочего хода, называется двухтактным двигателем.

Двухтактный двигатель

(iii). Двигатель с воспламенением от горячей точки: этот тип двигателя не используется на практике.
5. Тип зажигания
По типу зажигания двигатели классифицируются как:

(i). Двигатель с искровым зажиганием (двигатель S.I.): В двигателе с искровым зажиганием на головке двигателя установлена ​​свеча зажигания. Свеча зажигания производит искру после сжатия топлива и воспламеняет топливовоздушную смесь для сгорания. Бензиновые двигатели представляют собой двигатель с искровым зажиганием.
(ii). Двигатель с воспламенением от сжатия (двигатель C.I.): В двигателе с воспламенением от сжатия на головке блока цилиндров нет свечи зажигания. Топливо воспламеняется от тепла сжатого воздуха. Дизельные двигатели представляют собой двигатель с воспламенением от сжатия.
Также читайте:
Как работает свободнопоршневой двигатель? Диаграмма синхронизации клапана
двухтактного и четырехтактного двигателя
Как работает двигатель DTSi - объяснение?
6. Количество цилиндров
Типы двигателей, исходя из количества цилиндров, имеющихся в двигателе, следующие:

(i).Одноцилиндровый двигатель: двигатель, состоящий из одного цилиндра, называется одноцилиндровым двигателем. Обычно одноцилиндровые двигатели используются в мотоциклах, скутерах и т. Д.
(ii). Двухцилиндровый двигатель: двигатель, состоящий из двух цилиндров, называется двухцилиндровым двигателем.
(iii). Многоцилиндровый двигатель: двигатель, состоящий более чем из двух цилиндров, называется многоцилиндровым двигателем. Многоцилиндровый двигатель может иметь три, четыре, шесть, восемь, двенадцать и шестнадцать цилиндров.
7. Расположение цилиндров
По расположению цилиндров двигатели классифицируются следующим образом:

(i). Вертикальный двигатель: в вертикальных двигателях цилиндры расположены в вертикальном положении, как показано на схеме.
(ii). Горизонтальный двигатель: В горизонтальных двигателях цилиндры расположены горизонтально, как показано на схеме, приведенной ниже.
(iii). Радиальный двигатель: Радиальный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания возвратно-поступательного типа, в котором цилиндры выходят наружу из центрального картера, как спицы колеса.Если смотреть спереди, он напоминает стилизованную звезду и называется «звездообразным» двигателем. Прежде чем газотурбинный двигатель не стал преобладающим, его обычно использовали для авиационных двигателей.

(iv). V-образный двигатель: В двигателях V-типа цилиндры расположены в двух рядах с некоторым углом между ними. Угол между двумя рядами должен быть как можно меньше, чтобы предотвратить вибрацию и проблемы с балансировкой.
(в). Двигатель типа W: В двигателях типа w цилиндры расположены в три ряда, образуя расположение типа W.Двигатель типа W производится при выпуске 12- и 16-цилиндровых двигателей.
(vi). Двигатель с оппозитными цилиндрами: В двигателе с оппозитными цилиндрами цилиндры расположены напротив друг друга. Поршень и шатун движутся одинаково. Он работает плавно и имеет большую балансировку. Размеры оппозитно-цилиндрового двигателя увеличиваются из-за его расположения.
8. Расположение клапанов
В зависимости от расположения впускного и выпускного клапана в различных положениях в головке или блоке цилиндров автомобильные двигатели подразделяются на четыре категории.Эти аранжировки называются «L», «I», «F» и «T». Легко запомнить слово «LIFT», чтобы вспомнить четырехклапанный механизм.

(я). Двигатель с L-образной головкой: в этих типах двигателей впускные и выпускные клапаны расположены рядом и управляются одним распределительным валом. Цилиндр и камера сгорания образуют перевернутый L.
(ii). Двигатель с I-образной головкой: В двигателях с I-образной головкой впускные и выпускные клапаны расположены в головке цилиндров. Один клапан приводит в действие все клапаны. Эти типы двигателей в основном используются в автомобилях.
(iii). Двигатель с F-образной головкой: представляет собой комбинацию двигателей с I-образной головкой и F-образной головкой. В этом случае один впускной клапан обычно находится в головке, а выпускной клапан находится в блоке цилиндров. Оба набора клапанов приводятся в действие одним распредвалом.
(iv). Двигатель с Т-образной головкой: В двигателях с Т-образной головкой впускной клапан расположен на одной стороне, а выпускной клапан - на другой стороне цилиндра. Здесь для работы требуются два распределительных вала: один для впускного клапана, а другой - для выпускного клапана.
Также читайте:
Типы коробок передач - полное объяснение
Принцип работы гидротрансформатора, основные части и применение.
Типы нагнетателя в автомобиле
9. Типы охлаждения
По типам охлаждения двигатели классифицируются как:
(i). Двигатели с воздушным охлаждением: в этих двигателях воздух используется для охлаждения двигателей. В двигателях с воздушным охлаждением цилиндры разделены и используются металлические ребра, которые обеспечивают площадь излучающей поверхности, что увеличивает охлаждение. Двигатели с воздушным охлаждением обычно используются в мотоциклах и скутерах.
(ii). Двигатели с водяным охлаждением: В двигателях с водяным охлаждением вода используется для охлаждения двигателя.Двигатели с водяным охлаждением используются в легковых автомобилях, автобусах, грузовиках и других четырехколесных транспортных средствах, а также в тяжелых автотранспортных средствах. В воду добавляется антифриз, чтобы она не замерзла в холодную погоду. Каждый двигатель с водяным охлаждением имеет радиатор для охлаждения горячей воды от двигателя.

Помимо вышеуказанных типов двигателей, двигатель внутреннего сгорания также классифицируется на основании следующего.

1. Скорость:
Типы двигателей в зависимости от скорости:
(i).Низкооборотный двигатель
(ii). Среднеоборотный двигатель
(iii). Высокоскоростной двигатель
2. Способ впрыска топлива
В зависимости от способа впрыска топлива двигатели классифицируются как:
(i). Карбюраторный двигатель
(ii). Двигатель с впрыском воздуха
(iii). Двигатель с безвоздушным или твердым впрыском топлива
3. Метод регулирования
(i). Двигатель с управляемым попаданием и промахом: это тип двигателя, в котором подача топлива регулируется регулятором. Он контролирует скорость двигателя, отключая зажигание и подачу топлива в двигатель на очень высокой скорости.
(ii). Качественно управляемый двигатель
(iii). Количественно управляемый двигатель
4. Приложение
(i). Стационарный двигатель: Стационарный двигатель - это двигатель, в котором его каркас не движется. Он используется для привода неподвижного оборудования, такого как насос, генератор, мельница, заводское оборудование и т. Д.
(ii). Автомобильный двигатель: это типы двигателей, которые используются в автомобильной промышленности. Например: бензиновый двигатель, дизельный двигатель, газовый двигатель - двигатели внутреннего сгорания попадают в категорию автомобильных двигателей.
(iii). Локомотивный двигатель: двигатели, которые используются в поездах, называются локомотивными двигателями.
(iv). Судовой двигатель: двигатели, которые используются в морской пехоте для движения лодок или судов, называются судовыми двигателями.
(в). Авиационный двигатель: Типы двигателей, которые используются в самолетах, называются авиационными двигателями. В силовых установках самолетов используются радиальные и газотурбинные двигатели.
Это все о различных типах двигателей. Если вы обнаружите, что что-то отсутствует или неверно, не забудьте прокомментировать нас.И если вам понравилась эта статья, поделитесь ею и поделитесь ею в Facebook.

Плюсы и минусы различных типов двигателей

С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания инженеры разработали сотни различных конструкций автомобильных двигателей. Однако большинство двигателей делятся на четыре категории: рядные, V-образные, оппозитные и W-образные. В этой статье мы расскажем об основных характеристиках каждого автомобильного двигателя, а также на примерах каждого типа двигателя.

Рядные двигатели

Рядные двигатели, иногда называемые прямыми двигателями, являются наиболее распространенными типами двигателей; с 2000 года почти половина всех проданных новых автомобилей имела рядный двигатель под капотом. В этом типе двигателя цилиндры расположены по прямой линии над коленчатым валом. Большинство рядных двигателей имеют четыре цилиндра, но некоторые двигатели имеют шесть или даже восемь цилиндров.

Конфигурация с прямым цилиндром снижает потребность в балансировке компонентов, уменьшая механическую сложность двигателя. Рядные автомобильные двигатели страдают от относительно небольшого количества нежелательной вибрации при типичных оборотах двигателя, а большой ход их цилиндров обеспечивает этим двигателям превосходный крутящий момент.Их механическая простота делает их дешевле и проще в обслуживании.

Однако механические ограничения, связанные с размещением всех цилиндров в ряд, делают эти двигатели все более громоздкими по мере увеличения количества цилиндров. Они, как правило, выше и длиннее, чем другие двигатели той же мощности. Кроме того, они требуют жесткого и тяжелого блока цилиндров, чтобы выдерживать силу цилиндров. На более высоких оборотах двигателя эта конструкция может выйти из равновесия, что приведет к нежелательной вибрации.

Пример автомобильного двигателя: прямая четверка

Прямая четверка - самый популярный автомобильный двигатель в мире с большим отрывом.Двигатель состоит из четырех цилиндров в ряд. Он предлагает простоту, легкий доступ и большую эффективность; небольшое количество поршней уменьшает количество необходимых механических компонентов, одновременно устраняя возможность потери мощности. Турбокомпрессоры и нагнетатели могут сделать эти двигатели достаточно мощными; некоторые тюнинговые автомобили высокого класса могут извлекать более 1000 лошадиных сил из хорошо продуманной рядной четверки. Известные автомобили с рядным четырехцилиндровым двигателем включают Honda Civic, Toyota Corolla и Ford Fusion.

Второй пример автомобильного двигателя: Straight Six Рядный 6-цилиндровый двигатель Blue Flame на кабриолете Corvette 1953 года. Изображение любезно предоставлено Kowloonese на Wikimedia Commons, размещено в соответствии с CC BY-SA 3. 0.

Рядная шестерка находит широкое применение в заднеприводных автомобилях с вместительными капотами. Расположение цилиндров в линию устраняет некоторые проблемы с балансировкой, связанные с другими шестицилиндровыми механизмами, при увеличении рабочего объема двигателя. Рядные шестицилиндровые двигатели также обладают фантастическим крутящим моментом, что делает их отличным выбором для грузовиков и другой рабочей техники.Известные автомобили с рядным шестицилиндровым двигателем включают BMW M4, старые автомобили Jeep и некоторые версии Dodge Ram.

V-образные двигатели

V-образные двигатели разделяют цилиндры на два равных ряда вокруг коленчатого вала; угол между двумя рядами цилиндров образует V-образную форму, что и дало этим двигателям свое название. Двигатели V-типа могут быть самых разных размеров, от простых двухцилиндровых двигателей до гигантских 24-цилиндровых двигателей.

В целом V-образные двигатели компактны и легки, особенно по сравнению с рядными двигателями, и этот эффект усиливается по мере того, как в двигателях добавляется больше цилиндров. Когда двигатель автомобиля хорошо сбалансирован, эта экономия веса может привести к повышению эффективности. Малый форм-фактор двигателей V-типа также позволяет им вписываться в широкий спектр транспортных средств, где пространство является проблемой, например, мотоциклы.

С другой стороны, V-образные двигатели могут быть сложными в производстве и обслуживании. Если цилиндры не выровнены правильно, двигатель автомобиля может выйти из равновесия, что приведет к механическому напряжению и вибрации без дополнительных механизмов для исправления этого дисбаланса.

Пример автомобильного двигателя: V8 Фото Hatsukari715 на Wikimedia Commons / CC0 1.0

На протяжении десятилетий двигатель V8 был синонимом мощности, скорости и американских автомобилей; большинство классических маслкаров использовали двигатель V8. Восемь цилиндров V8 естественным образом сбалансированы, что снижает сложность двигателя и позволяет двигателю обеспечивать изобилие плавной мощности. Эти двигатели расходуют топливо, как зверь, но ничто не может заменить превосходную мощность и характеристики V8.Известные автомобили с этим двигателем включают Ford Mustang GT, Chevrolet Camaro Z / 28 и Dodge Ram.

Плоский / оппозитный двигатель

Плоские двигатели имеют цилиндры, расположенные горизонтально, при этом поршни перемещаются влево и вправо, а не вверх и вниз. Боксеры - это особый тип плоских двигателей, которые разделяют цилиндры на два ровных ряда вокруг центрального коленчатого вала. Плоские двигатели были построены с числом цилиндров от двух до 16.

Двигатели Boxer по своей сути сбалансированы, что снижает потребность в дорогих и сложных балансирах.Благодаря горизонтальному расположению они имеют низкий центр тяжести, улучшая передачу мощности и управляемость автомобилей с этими двигателями. Подача мощности осуществляется плавно, а двигатели легче охлаждать из-за их разнесенной конструкции; в течение многих лет эти двигатели могли обходиться простым воздушным охлаждением.

Однако эти двигатели, как правило, довольно большие, а их разнесенная конструкция может затруднять обслуживание; Головки цилиндров часто прижимаются к стенкам моторного отсека, из-за чего такая простая задача, как замена свечей зажигания, становится проблемой.Кроме того, они более дороги в производстве и часто не подходят для обычных моторных отсеков.

Пример автомобильного двигателя: горизонтально-оппозитный / оппозитный (Subaru) Subaru C-45 оппозитный двигатель. Изображение предоставлено Джозефом Брентом на Flickr, размещено в CC BY-SA 2.0.

Subaru использует оппозитные двигатели в своих автомобилях более 45 лет. Четыре цилиндра двигателя идеально уравновешивают друг друга и обеспечивают плавность хода в паре с полноприводной трансмиссией Subaru.Более низкий центр тяжести двигателя помог этим автомобилям получить уникальные впечатления от вождения, а оппозитный двигатель стал синонимом Subaru. Известные автомобили, которые использовали этот двигатель, включают Subaru Impreza, Volkswagen Beetle и Porsche 911.

VR и W Двигатели

Как и двигатели V-типа, двигатели W-типа получили свое название от формы цилиндра. банки. Двигатели W-типа включают в себя три или четыре отдельных ряда цилиндров, образующих W-образную форму или форму стрелки.Некоторые двигатели W-типа могут иметь более одного коленчатого вала. Преимущества и недостатки двигателей W-типа, хотя и увеличены по сравнению с двигателями V-типа, в значительной степени отражают их более простых собратьев. Двигатели W-типа обычно используются в высокопроизводительных или тяжелых транспортных средствах.

Volkswagen является пионером в разработке многих современных двигателей W-типа, используя конструкцию двигателя типа VR. Двигатели VR - это двигатели V-типа, в которых цилиндры расположены под очень узким углом, достаточно близко, чтобы одна головка цилиндра могла покрыть оба ряда цилиндров.Для своих двигателей W-типа Volkswagen объединяет два блока VR вместе, создавая двигатель, который иногда называют двигателем с двойным V-образным вырезом, а не двигателем W-типа.

Пример автомобильного двигателя: W12 Двигатель W12 от Volkswagen Phaeton. Изображение предоставлено Хассе А. на Wikimedia Commons, размещено в CC BY-SA 3.0.

Двигатель W12 видел две основные конструкции: традиционный двигатель W-типа с тремя рядами по четыре цилиндра и двигатель Volkswagen W12, который сочетает в себе два ряда поршней VR6.Этот двигатель предлагает феноменальную мощность в компактном корпусе, что позволяет автопроизводителям сочетать мощный двигатель с полноприводной трансмиссией. Используя этот двигатель в качестве отправной точки, Volkswagen позже разработал свой печально известный мощный двигатель W16. Известные автомобили, которые включали двигатель W12, включают Bentley Continental GT, Volkswagen Phaeton и Audi A8L W12. Хотя некоторые концептуальные автомобили использовали двигатель W16, единственными серийными автомобилями, использующими двигатель W16, являются Bugatti Veyron и будущий Bugatti Chiron.

Сегодняшнему автовладельцу доступно множество различных стилей двигателей, и каждый тип двигателя имеет свои преимущества и недостатки; Идеальный двигатель во многом зависит от потребностей каждого автомобиля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *