Общие характеристики двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

В наши дни на автомобили в основном устанавливается двигатель внутреннего сгорания. Специалисты-профессионалы отмечают достаточно сложное его устройство. Для того чтобы остановить свой выбор, при покупке автомобиля, на какой-то конкретной версии, необходимо использовать технические характеристики двигателя внутреннего сгорания для анализа устройства всего автомобиля.

Самый главный показатель поршневого двигателя внутреннего сгорания - это количество цилиндров. Их может быть, на серийных автомобилях, от 1 до 16. Этот фактор влияет на конструктивное устройство двигателя, а так же на мощность, она может быть различной при одинаковом количестве цилиндров.

Цилиндры могут располагаться рядно и под углом друг к другу. Когда они расположены под углом, относительно коленчатого вала с обеих сторон, то на характеристики двигателя влияет угол развала. При увеличении угла смещается вниз центр тяжести двигателя, что улучшает работу систем охлаждения и смазки, наблюдается улучшение динамических показателей, повышается инерционность. При уменьшении угла снижается вес и инерционность, но ухудшается температурный режим.

Применяется в автомобилестроении оппозитный двигатель, угол развала цилиндров которого составляет 180°, при этом максимально проявляются преимущества и недостатки ДВС. При W-образной схеме задействуется четыре и более цилиндра, и включаются они в общий привод. Очень редко применяется рядно-V-образный тип двигателей, это синтез двух типовых разновидностей. Располагаясь последовательно, несколько цилиндров наклонены под определенным углом относительно друг друга, это способствует улучшению температурных характеристик.

Отличаются между собой эти типы двигателей весом и размерами. Увеличение количества цилиндров ведет к изменению всех характеристик: увеличивается рабочий объем двигателя, увеличивается его мощность, но и расход топлива увеличивается тоже.

Материалы, из которых изготавливают двигатели можно разделить на три основных группы:

Чугун и другие сплавы железа - достигается большая прочность, но значительно увеличивается вес.

Алюминий и сплавы - дают малый вес и среднюю прочность.

Сплавы магния - малый вес при достаточно высокой прочности, но при этом значительно возрастает стоимость.

В основном работа двигателя внутреннего сгорания характеризуется тремя показателями: мощностью, крутящим моментом и числом оборотов коленчатого вала. Мощность обозначается лошадиными силами (л.с.), иногда выражается в киловаттах (кВт). Влияет она на общую динамику автомобиля, на его скорость и время разгона. Крутящий момент влияет на создание тягового усилия, обозначается ньютонометрами (нм), обеспечивает мягкость работы двигателя при переключении передач и обеспечивает ускорение автомобиля с низких оборотов. Показатель максимального числа оборотов коленчатого вала влияет на скоростной и динамический характер движения автомобиля.

Не менее важными являются такие характеристики:

тип применяемого топлива для двигателя внутреннего сгорания может быть бензин, газ или дизельное топливо. Марки топлива различаются октановым числом, оно должно соответствовать типу двигателя и его характеристикам. Использование несоответствующего топлива приводит к потере мощности и к снижению ресурса работоспособности двигателя;

расход топлива двигателя внутреннего сгорания разделяется на городской, загородный и смешанный. Обозначается количеством литров на сто километров пробега автомобиля;

расход моторного масла . Измеряется в литрах на тысячу километров пробега. Масла бывают синтетическими, полусинтетическими и минеральными, отличаются они густотой и вязкостью. Применение их регламентировано изменениями сезонных температур, зимой применяются масла с низкими обозначениями 0W40, 5W40, 10W40, а летом 15W40, 20W40. Трансмиссионные масла 70W90 или 95W100 использовать в двигатель нельзя, так как это приведет к его заклиниванию;

ресурсная прочность - этот параметр определяет периодичность проведения технического обслуживания. Обычно работы по техническому обслуживанию двигателя проводятся в период между 5000 и 30000 километров пробега. Имеется гарантийный и послегарантийный периоды технического обслуживания.

Двигатели имеют ряд разнообразных особенностей конструктивного характера:

топливная система - может быть бензиновая и дизельная. Бензиновые двигатели при большем числе оборотов колен вала развивают большую мощность, а дизельные имеют большой крутящий момент и отличаются устойчивой работой;

на современных двигателях внутреннего сгорания применяется электронная система впрыска бензина (инжекторная), она показывает лучшие технико-экономические показатели, чем карбюраторная система. Из-за плохого смешивания бензовоздушной смеси карбюраторная система имеет низкий КПД, труднорегулируемая механическая регулировка приводят к перерасходу топлива;

система бензинового впрыска может быть одноточечного и многоточечного типа. Недостатком одноточечной системы есть то, что при резком уменьшении нагрузки происходит увеличение расхода топлива. Многоточечный тип имеет прямую и распределенную систему впрыска. При этом создается равномернораспределенная смесь, что делает работу двигателя устойчивой на всех режимах. Но при прямом впрыске, хоть и наблюдается повышение мощности, ресурсной прочности и снижение расхода топлива значительно повышается стоимость, так как необходимо высококачественное топливо и наблюдаются провалы на малых оборотах в начале движения.

Эти недостатки исключаются применением комбинированного (двойного) впрыска. Системы используются одновременно, а электроника включает их по очереди, в зависимости от изменения нагрузочных и скоростных режимов.

Дизельные двигатели проще бензиновых по конструкции, однако, система впуска намного сложнее и построена по другому принципу. В ее состав входит топливный насос высокого давления (ТНВД), а так же форсунки, которые впрыскивают топливо, под высоким давлением, прямо в камеру сгорания. Работает эта совместная система достаточно устойчиво и стабильно, но требует тщательного технического обслуживания и профессиональной регулировки.

Используя комбинацию топливного насоса высокого давления с насос-форсунками на базе общей топливной рампы высокого давления, где дизельное топливо сжимается и попадает в камеру сгорания методом впрыска. На данное время эта система показывает лучшие характеристики и обеспечивает малый расход топлива.

Форсунки впрыска могут быть с механическим или пьезоэлектронным приводом. Они достаточно надежно работают, но пьезоэлектронные проще в обслуживании.

Клапана - часть газораспределительной системы, бывают впускные и выпускные. В разных конструкциях используется от 2 до 5 на каждый цилиндр. Чем больше клапанов, тем больше мощность, так как камера сгорания больше и быстрее наполняется топливом, это характеризуется увеличенным расходом топлива.

Дизельные двигатели бывают с наддувом и без. Без наддува - атмосферные двигатели не имеют компрессора или других устройств обеспечивающих создание повышенного давления воздуха в системе впуска. С наддувом бывают компрессорные и турбинные, отличаются друг от друга типом привода.

Компрессорный наддув имеет механический привод и получает вращение от коленчатого вала двигателя, в результате теряется часть мощности и увеличивается расход топлива. Турбонаддув имеет привод от системы крыльчаток, раскручивающихся под давлением выхлопных газов. Эта система надежнее, отличается простотой и почти исключает потери, но при этом снижается крутящий момент, ощутимо это на низких оборотах.

Система газораспределения двигателя внутреннего сгорания включает в себя распределительные валы и их приводы. Количество их зависит от конструкции двигателя, на каждый ряд один вал, но не более чем на 8 клапанов. Передача вращения от коленвала на распредвал осуществляется посредством цепи или ремня. Цепь создает много шума, но достаточно надежная, а ремень дешевле, но быстро изнашивается.

Фазы газораспределения - величина теоретически постоянная, и зависит от формы кулачка распредвала. По мере износа кулачка изменяются фазы, падает мощность и уменьшается моторесурс двигателя внутреннего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания

Часть I основы теории двигателей

1. Классификация и принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Общие сведения и классификация

Поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют такую тепловую машину, в которой превращение химической энергии топлива в тепловую, а затем в механическую энергию, происходит внутри рабочего цилиндра. Превращение теплоты в работу в таких двигателях связано с реализацией целого комплекса сложных физико-химических, газодинамических и термодинамических процессов, которые определяют различие рабочих циклов и конструктивного исполнения.

Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания приведена на рис. 1.1. Исходным признаком классификации принят род топлива, на котором работает двигатель. Газообразным топливом для ДВС служат природный, сжиженный и генераторный газы. Жидкое топливо представляет собой продукты переработки нефти: бензин, керосин, дизельное топливо и др. Газожидкостные двигатели работают на смеси газообразного и жидкого топлива, причем основным топливом является газообразное, а жидкое используется как запальное в небольшом количестве. Многотопливные двигатели способны длительно работать на разных топливах в диапазоне от сырой нефти до высокооктанового бензина.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют также по следующим признакам:

по способу воспламенения рабочей смеси – с принудительным воспламенением и с воспламенением от сжатия;

по способу осуществления рабочего цикла – двухтактные и четырехтактные, с наддувом и без наддува;

Рис. 1.1. Классификация двигателей внутреннего сгорания.

по способу смесеобразования – с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые) и с внутренним смесеобразованием (дизельные и бензиновые с впрыском топлива в цилиндр);

по способу охлаждения – с жидкостным и воздушным охлаждением;

по расположению цилиндров – однорядные с вертикальным, наклонным горизонтальным расположением; двухрядные с V-образным и оппозитным расположением.

Преобразование химической энергии топлива, сжигаемого в цилиндре двигателя, в механическую работу совершается с помощью газообразного тела – продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива. Под действием давления газов поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала с помощью кривошипно-шатунного механизма ДВС. Прежде чем рассматривать рабочие процессы, остановимся на основных понятиях и определениях, принятых для двигателей внутреннего сгорания.

За один оборот коленчатого вала поршень дважды будет находиться в крайних положениях, где изменяется направление его движения (рис 1.2). Эти положения поршня принято называть мертвыми точками , так как усилие, приложенное к поршню в этот момент, не может вызвать вращательного движения коленчатого вала. Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает максимума, называетсяверхней мертвой точкой (ВМТ).Нижней мертвой точкой (НМТ) называют такое положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает минимума.

Расстояние по оси цилиндра между мертвыми точками называют ходом поршня. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°.

Перемещение поршня в цилиндре вызывает изменение объема надпоршневого пространства. Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объемом камеры сгорания V c .

Объем цилиндра, образуемый поршнем при его перемещении между мертвыми точками, называется рабочим объемом цилиндра V h .

где D – диаметр цилиндра, мм;

S – ход поршня, мм

Объем надпоршневого пространства при положении поршня в НМТ называют полным объемом цилиндра V a .

Рис 1.2.Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания

Рабочий объем двигателя представляет собой произведение рабочего объема цилиндра на число цилиндров.

Отношение полного объема цилиндра V a к объему камеры сгоранияV c называютстепенью сжатия

При перемещении поршня в цилиндре кроме изменения объема рабочего тела изменяются его давление, температура, теплоемкость, внутренняя энергия. Рабочим циклом называют совокупность последовательных процессов, осуществляемых с целью превращения тепловой энергии топлива в механическую.

Достижение периодичности рабочих циклов обеспечивается с помощью специальных механизмов и систем двигателя.

Рабочий цикл любого поршневого двигателя внутреннего сгорания может быть осуществлен по одной из двух схем, изображенных на рис. 1.3.

По схеме, изображенной на рис. 1.3а, рабочий цикл осуществляется следующим образом. Топливо и воздух в определенных соотношениях перемешиваются вне цилиндра двигателя и образуют горючую смесь. Полученная смесь поступает в цилиндр (впуск), после чего она подвергается сжатию. Сжатие смеси, как будет показано ниже, необходимо для увеличения работы за цикл, так как при этом расширяются температурные пределы, в которых протекает рабочий процесс. Предварительное сжатие создает также лучшие условия для сгорания смеси воздуха с топливом.

Во время впуска и сжатия смеси в цилиндре происходит дополнительное перемешивание топлива с воздухом. Подготовленная горючая смесь воспламеняется в цилиндре при помощи электрической искры. Вследствие быстрого сгорания смеси в цилиндре резко повышается температура и, следовательно, давление, под воздействием которого происходит перемещение поршня от ВМТ к НМТ. В процессе расширения нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Давление, а вместе с ним и температура газов в цилиндре при этом понижаются. После расширения следует очистка цилиндра от продуктов сгорания (выпуск), и рабочий цикл повторяется.

Рис. 1.3.Схемы рабочего цикла двигателей

В рассмотренной схеме подготовка смеси воздуха с топливом, т. е. процесс смесеобразования, происходит в основном вне цилиндра, и наполнение цилиндра производится готовой горючей смесью, поэтому двигатели, работающие по этой схеме, называются двигателями с внешним смесеобразованием. К числу таких двигателей относятся карбюраторные двигатели, работающие на бензине, газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускной трубопровод, т. е. двигатели, в которых применяется топливо, легко испаряющееся и хорошо перемешивающееся с воздухом при обычных условиях.

Сжатие смеси в цилиндре у двигателей с внешним смесеобразованием должно быть таким, чтобы давление и температура в конце сжатия не достигали значений, при которых могли бы произойти преждевременная вспышка или слишком быстрое (детонационное) сгорание. В зависимости от применяемого топлива, состава смеси, условий теплопередачи в стенки цилиндра и т. д. давление конца сжатия у двигателей с внешним смесеобразованием находится в пределах 1.0–2.0 МПа.

Если рабочий цикл двигателя происходит по схеме, описанной выше, то обеспечивается хорошее смесеобразование и использование рабочего объема цилиндра. Однако ограниченность степени сжатия смеси не позволяет улучшить экономичность двигателя, а необходимость в принудительном зажигании усложняет его конструкцию.

В случае осуществления рабочего цикла по схеме, показанной на рис. 1.3б, процесс смесеобразования происходит только внутри цилиндра. Рабочий цилиндр в данном случае заполняется не смесью, а воздухом (впуск), который и подвергается сжатию. В конце процесса сжатия в цилиндр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо. При впрыскивании оно мелко распыляется и перемешивается с воздухом в цилиндре. Частицы топлива, соприкасаясь с горячим воздухом, испаряются, образуя топливовоздушную смесь. Воспламенение смеси при работе двигателя по этой схеме происходит в результате разогрева воздуха до температур, превышающих самовоспламенение топлива вследствие сжатия. Впрыск топлива во избежание преждевременной вспышки начинается только в конце такта сжатия. К моменту воспламенения обычно впрыск топлива еще не заканчивается. Топливовоздушная смесь, образующаяся в процессе впрыска, получается неоднородной, вследствие чего полное сгорание топлива возможно лишь при значительном избытке воздуха. В результате более высокой степени сжатия, допустимой при работе двигателя по данной схеме, обеспечивается и более высокий КПД. После сгорания топлива следует процесс расширения и очистка цилиндра от продуктов сгорания (выпуск). Таким образом, в двигателях, работающих по второй схеме, весь процесс смесеобразования и подготовка горючей смеси к сгоранию происходят внутри цилиндра. Такие двигатели называются двигателямис внутренним смесеобразованием . Двигатели, в которых воспламенение топлива происходит в результате высокого сжатия, называютсядвигателями с воспламенением от сжатия, или дизелями.

Рабочий цикл четырехтактного ДВС

Двигатель, рабочий цикл которого осуществляется за четыре такта, или за два оборота коленчатого вала, называется четырехтактным . Рабочий цикл в таком двигателе происходит следующим образом.

Первый такт – впуск (рис. 1.4). В начале первого такта поршень находится в положении, близком к ВМТ. Впуск начинается с момента открытия впускного отверстия, за 10–30° до ВМТ.

При этом вследствие сопротивления впускной системы и впускных клапанов давление в цилиндре становится на 0.01–0.03 МПа меньше давления во впускном трубопроводе. На индикаторной диаграмме такту впуска соответствует линияrа.

Такт впуска состоит из впуска газов, происходящего при ускорении движения опускающегося поршня, и впуска при замедлении его движения.

Впуск при ускорении движения поршня начинается в момент начала опускания поршня и заканчивается в момент достижения поршнем максимальной скорости приблизительно при 80° поворота вала после ВМТ. В начале опускания поршня вследствие малого открытия впускного отверстия в цилиндр проходит мало воздуха или смеси, а поэтому остаточные газы, оставшиеся в камере сгорания от предшествующего цикла, расширяются и давление в цилиндре падает. При опускании поршня горючая смесь или воздух, находившаяся в покое во впускном трубопроводе или двигавшаяся в нем с небольшой скоростью, начинает проходить в цилиндр с постепенно увеличивающейся скоростью, заполняя объем, освобождаемый поршнем. По мере опускания поршня его скорость постепенно увеличивается и достигает максимума при повороте коленчатого вала примерно на 80°. При этом впускное отверстие открывается все больше и больше и горючая смесь (или воздух) в цилиндр проходит в больших количествах.

Впуск при замедленном движении поршня начинается с момента достижения поршнем наибольшей скорости и оканчивается НМТ, когда скорость его равна нулю. По мере уменьшения скорости поршня скорость смеси (или воздуха), проходящей в цилиндр, несколько уменьшается, однако в НМТ она не равна нулю. При замедленном движении поршня горючая смесь (или воздух) поступает в цилиндр за счет увеличения объема цилиндра, освобождаемого поршнем, а также за счет своей силы инерции. При этом давление в цилиндре постепенно повышается и в НМТ может даже превышать давление во впускном трубо- проводе.

Давление во впускном трубопроводе может быть близким к атмосферному в двигателях без наддува или выше него в зависимости от степени наддува (0.13–0.45 МПа) в двигателях с наддувом.

Впуск окончится в момент закрытия впускного отверстия (40–60°) после НМТ. Задержка закрытия впускного клапана происходит при постепенно поднимающемся поршне, т.е. уменьшающемся объеме газов в цилиндре. Следовательно, смесь (или воздух) поступает в цилиндр за счет ранее созданного разрежения или инерции потока газа, накопленной в процессе течения струи в цилиндр.

При малых числах оборотов вала, например при пуске двигателя, сила инерции газов во впускном трубопроводе почти полностью отсутствует, поэтому во время задержки впуска будет идти обратный выброс смеси (или воздуха), поступившей в цилиндр ранее во время основного впуска.

При средних числах оборотов инерция газов больше, поэтому в самом начале подъема поршня происходит дозарядка. Однако по мере подъема поршня давление газов в цилиндре увеличится и начавшаяся дозарядка может перейти в обратный выброс.

При больших числах оборотов сила инерции газов во впускном трубопроводе близка к максимуму, поэтому происходит интенсивная дозарядка цилиндра, а обратный выброс не наступает.

Второй такт – сжатие. При движении поршня от НМТ к ВМТ (рис. 1.5) производится сжатие поступившего в цилиндр заряда.

Давление и температура газов при этом повышаются, и при некотором перемещении поршня от НМТ давление в цилиндре становится одинаковым с давлением впуска (точка т на индикаторной диаграмме). После закрытия клапана при дальнейшем перемещении поршня давление и температура в цилиндре продолжают повышаться. Значение давления в конце сжатия (точкас ) будет зависеть от степени сжатия, герметичности рабочей полости, теплоотдачи в стенки, а также от величины начального давления сжатия.

Вследствие выделения большого количества теплоты температура и давление в цилиндре резко повышаются, несмотря на некоторое увеличение внутри цилиндрового объема (участок сz на индикаторной диаграмме).

Под действием давления происходит дальнейшее перемещение поршня к НМТ и расширение газов. Во время расширения газы совершают полезную работу, поэтому третий такт называют также рабочим ходом. На индикаторной диаграмме третьему такту соответствует линиясzb.

Однако в начале предварения выпуска давление в цилиндре значительно выше, чем в выпускном коллекторе.

Поэтому отработавшие газы за счет собственного избыточного давления с критическими скоростями выбрасываются из цилиндра. Истечение газов с такими большими скоростями сопровождается звуковым эффектом, для поглощения которого устанавливают глушители.

Критическая скорость истечения отработавших газов при температурах 800 –1200 К составляет 500–600 м/сек.

Температура газов в трубопроводе по углу поворота кривошипа меняется от максимальной в начале выпуска до минимальной в конце. Предварение открытия выпускного отверстия несколько уменьшает полезную площадь индикаторной диаграммы. Однако более позднее открытие этого отверстия вызовет задержку газов с высоким давлением в цилиндре и на их удаление при перемещении поршня придется затратить дополнительную работу.

Небольшая задержка закрытия выпускного отверстия создает возможность использования инерции выпускных газов, ранее вышедших из цилиндра, для лучшей очистки цилиндра от сгоревших газов. Несмотря на это, часть продуктов сгорания неизбежно остается в головке цилиндра, переходя от каждого данного цикла к последующему в виде остаточных газов. На индикаторной диаграмме четвертому такту соответствует линия zb.

Четвертым тактом заканчивается рабочий цикл. При дальнейшем движении поршня в той же последовательности повторяются все процессы цикла.

Только такт сгорания и расширения является рабочим, остальные три такта осуществляются за счет кинетической энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров.

Чем полнее будет очищен цилиндр от выпускных газов и чем больше поступит в него свежего заряда, тем больше, следовательно, можно будет получить полезной работы за цикл.

Для улучшения очистки и наполнения цилиндра выпускной клапан закрывается не в конце такта выпуска (ВМТ), а несколько позднее (при повороте коленчатого вала на 5–30° после ВМТ), т. е. в начале первого такта. По этой же причине и впускной клапан открывается с некоторым опережением (за 10–30° до ВМТ, т. е. в конце четвертого такта). Таким образом, в конце четвертого такта в течение некоторого периода могут быть открыты оба клапана. Такое положение клапанов называется перекрытием клапанов. Оно способствует улучшению наполнения в результате эжектирующего действия потока газов в выпускном трубопроводе.

Из рассмотрения четырехтактного цикла работы следует, что четырехтактный двигатель только половину времени, затраченного на цикл, работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Вторую половину времени (такты впуска и выпуска) двигатель работает как воздушный насос.

При выборе нового автомобиля покупатель обращает внимание не только на внешний вид и список входящих в комплектацию опций. Внимание всегда уделяется техническим характеристикам и параметрам : проводится тщательное сравнение различных вариаций одного и того же автомобиля, чтобы выбрать из широкого разнообразия. Сегодня мы расскажем, какие бывают характеристики двигателя внутреннего сгорания, и что означает каждая из них.

Мощность

Такая характеристика двигателя, как мощность, является одной из важнейших. Как правило, именно по ней можно сделать вывод о том, насколько резво машина будет вести себя на дороге и насколько комфортно будет на ней ездить.

Обычно мощность измеряется в лошадиных силах. Как правило, минимальное значение параметра составляет порядка 60–70 единиц, когда как максимальные величины для автомобилей, представленных на рынке, достигают нескольких сотен.

Лошадиная сила - это условная единица, которая была включена в характеристики ДВС лишь благодаря удобству и легкости примерного представления фактических возможностей автомобиля.

Часто в документации мощность указывается в киловаттах, что нередко бывает удобным при изучении специальной литературы и подборе характеристик. Подробное сопоставление лошадиных сил и киловатт можно узнать из специальной документации.

Помимо мощности, двигатели внутреннего сгорания характеризуются рабочим объемом, который выражается в кубических сантиметрах. Для современных машин актуальные значения составляют 1000–4000 единиц. Рабочим объемом принято называть величину, которая характеризует суммарный объем всех цилиндров, предусмотренных в ДВС.

Сравнение атмосферных и турбированных двигателей внутреннего сгорания показывает, что варианты, оборудованные турбо, значительно выигрывают в плане мощности и позволяют мотору выдавать характеристики, о которых владельцам обычных ДВС остается лишь мечтать.

Крутящий момент

Еще одна немаловажная характеристика в списке основных показателей для двигателей внутреннего сгорания - это . Очевидно, что чем больше подобная характеристика, тем лучше будет разгоняться и ехать машина. Тем не менее, чтобы понимать, насколько важен данный показатель, стоит разобраться, что он означает.

Техническая документация всегда отображает крутящий момент в таких единицах, как ньютон-метр. Анализируя данную формулировку в буквальном смысле, можно прийти к выводу о том, какое усилие двигатель прикладывает к колесу, чтобы продвинуть машину на один метр.

Выходит, что если общий показатель крутящего момента у одного автомобиля выше, чем у другого, то для передвижения автомобиля на один метр мотор прикладывает несколько больше энергии.

Что это дает? Во-первых, более значительное усилие позволяет колесу набирать частоту вращения быстрее. При условии, что установлена не «лысая», а дорожное покрытие не представлено гололедом, такая машина станет разгоняться более интенсивно.

Кроме того, приложение больших усилий одновременно сокращает расход топлива, поскольку двигателю приходится тратить гораздо меньшее количество энергии для достижения одного и того же времени разгона, что и у авто с менее мощным силовым агрегатом.

Особенностью крутящего момента является то, что указанная в документации характеристика актуальна лишь для определенного количества оборотов - как правило, эти обороты находятся в красной зоне тахометра. Если количество оборотов отличается от заданного, то крутящий момент значительно меньше, и повысить его может лишь работа турбины.

Топливо

Еще один показатель, который играет значительную роль при выборе двигателя внутреннего сгорания, - это тип топлива и его расход.

Обычно расход топлива измеряется в количестве литров на 100 километров пути и представлен для трех ездовых режимов: трасса, город и смешанный. Для трассы расход предсказуемо минимальный, тогда как для города указывается его пиковое значение. Смешанный цикл отображает расход в среднем его значении.

Топливо может быть различным. Основной его тип для двигателя внутреннего сгорания - это бензин. На промышленной технике чаще встречаются дизельные ДВС: они отличаются более высоким крутящим моментом и меньшим расходом топлива. Кроме того, для сгорания дизеля необходимо высокое давление, поэтому такое топливо более безопасно при хранении и относительно пожаробезопасно.

Новыми типами двигателей являются гибридные. Главный источник питания - это бензин. Вторая часть мотора представлена накопительным аккумулятором и электродвигателем с генератором: работая в паре, оба мотора позволяют автомобилю развивать большую мощность наряду с расходом, который в разы меньше, чем у ДВС классического типа.

Подводя итоги

Характеристики двигателей внутреннего сгорания играют значительную роль при выборе нового автомобиля. Имея представление о том, что означает каждая из характеристик, можно получить более детальную информацию о фактических возможностях автомобиля и его потенциале, что является неплохим подспорьем для будущего владельца.

Основные параметры двигателей

Сталкиваясь с необходимостью выбора нового автомобиля, современные автолюбители не всегда знают по каким параметрам оценивать то или иное транспортное средство. Самым главным устройством в автомобиле является двигатель внутреннего сгорания. По его характеристикам оценивают возможности всего автомобиля, однако самостоятельно разобраться в устройстве мотора достаточно сложно. Понятно, что начинающим водителям и водителям-непрофессионалам сложно выбрать нового железного «друга», ввиду не осведомленности их о важных параметрах силового агрегата. Для того чтобы немного понять устройство двигателя внутреннего сгорания и ответить на вопрос: «в чем заключается принцип его работы?», разберемся в характеристиках.

Количество цилиндров двигателя

Устройство двигателя внутреннего сгорания предусматривает наличие 2,4,8 или 16 цилиндров. Это серьезный показатель, т.к. большее количество цилиндров обеспечивает наиболее плавный прирост крутящего момента и значительное увеличение мощности. Автомобили, оснащенные одинаковым количеством цилиндров, не будут иметь одинаковую мощность. Это говорит о том, что один параметр не может характеризовать работу всего двигателя.

Расположение цилиндров

Производители легковых и грузовых транспортных средств в большинстве случаев располагают цилиндры в двух возможных вариантах – последовательно (рядно)-1 и V-образно (двухрядно)-2. Во втором случае механизмы устанавливаются по обе стороны коленчатого вала, и эффективность их установки напрямую зависит от угла развала. Чем больший угол имеют установленные цилиндры, тем ниже центр тяжести двигателя, тем эффективнее охлаждается двигатель и производится подача масла. Несмотря на достоинства, слишком большой угол расположения цилиндров приводит к снижению динамических параметров транспортного средства. Малый угол между механизмами вызывает частый и быстрый перегрев двигателя автомобиля.

Два основных вида отличаются между собой мощностью, размерами и весом.

Не так часто можно встретить транспортные средства с радикальным (наклон цилиндров — 180°)-3, W-образным (четырехрядное) и рядно-V-образным расположением цилиндров. Последний вариант расположения – результат комбинирования основных разновидностей; такая установка механизмов предусматривает последовательную установку цилиндров с наклоном в обе стороны коленчатого вала. Он оптимизирует процесс охлаждения двигательной системы.

Разработчики установили, что если в один ряд поставить четное количество цилиндров, автомобиль получит непревзойденные вибрационные и шумоподавляющие параметры.

Объем двигателя

Вместительность камер сгорания двигателя – это, пожалуй, один из самых основных характеристик, определяющих мощность и потребление вашего будущего железного «друга». Большой объем двигателя нуждается в большем количестве топлива. Для городского пользования оптимальный вариант объема движка – 1,5 и 1,6 литра.

Материал, из которого изготовлено устройство внутреннего сгорания

Существует как минимум три вида материалов, из которых изготавливаются силовые агрегаты:

1. Чугун. Чугунные двигатели отличаются высокой прочностью и надежность, а также гарантируют долгий срок эксплуатации. Но, так же как и все чугунные изделия, мотор из данного материала имеет слишком большой вес, который ухудшает управляемость автомобиля.
2. Алюминий, в отличие от чугуна, занимает не так много места и имеет небольшой вес, однако обеспечивает меньшую прочность, которая не так надежно проявляет себя в повседневной жизни.
3. Магниевые сплавы. Такой материал в большинстве случаев используют на внедорожниках и автомобилях бизнес-класса. Такая выборочная установка объясняется легко: высокий уровень прочности и небольшой вес реализуется на мировом рынке за слишком высокую стоимость, и ее установка на обычные малолитражки будет экономически не выгодна.

В процессе эксплуатации транспортного средства для водителя находятся приоритетные характеристики, на которые впоследствии он и будет обращать внимание. К ним относятся выходные характеристики силового агрегата:

Мощность

Автомобильная мощность измеряется лошадиными силами (л.с.) или киловаттами (кВт).

Большое количество лошадиных сил говорит о малом времени разгона автомобиля и о возможности достижения наивысшего уровня максимальной скорости.

Крутящий момент

Крутящим моментом назыается тяговое усилие, создаваемое силовым агрегатом пределе своих возможностей. Оно измеряется Ньютон-метрами (Н м).

Величина крутящего момента говорит о возможности автомобиля быстро набирать скорость на малых оборотах.

Максимально допустимое количество оборотов коленчатого вала в минуту

Величина измеряется в оборотах в минуту (об/мин) и показывает, какое число оборотов может совершить коленчатый вал, не провоцируя при этом потери ресурсной прочности двигателя. Слишком высокое количество оборотов в минуту означает наличие у автомобиля динамичного и резкого характера.

Расходные характеристики ДВС также имеют место при выборе нового транспортного средства:

Расход топлива

Единица измерения – количество литров на 100 километров (л/100 км). При этом требуемое количество бензина или дизеля, необходимых для преодоления 100 километров в городе, на трассе и при поездках в смешанном режиме, не одинаково.

Тип топлива

Все современные автомобили имеют бензиновые или дизельные двигатели. При использовании бензина для заправки транспортного средства важно выбирать указанную в инструкции марку, не изменяя при этом октановое число. Понижение нормы октанового числа негативно влияет на ресурсную мощность и прочность двигателя, а его повышение вызывает увеличение прочности, снижение ресурса и увеличение процесса теплоотдачи, в результате чего возникнет перегрев мотора.

Расход масла

Для исправного автомобиля расход масла не должен превышать 1л/1000 км.

Выбирая моторное масло, нужно правильно расшифровывать его обозначения. В общих случаях, вид масла обозначается так – xxWxx. Первое число обозначает степень густоты масла, второе – его вязкость. Например, к синтетическим маслам можно отнести 0W40, 5W40, к полусинтетическим – 10W40, к минеральным – 15W40, 20W40. Чем больше густота и вязкость масла, тем выше прочность и надежность мотора.

Будьте внимательны, ибо можно с легкостью испортить двигатель, ведь масла 70W90 и 95W100 предназначены только для трансмиссионной системы.

Ресурсная прочность

Ресурсная прочность позволяет определить насколько часто ваше транспортное средство нуждается в в техническом обслуживании. Данный показатель обычно предусматривает 5000 – 30000 километров пробега.

При выборе железного «друга», автолюбитель должен иметь представление не только об узком круге определенных двигательных характеристик, но и о сложных, требующих понимания параметрах:

Тип топливной системы

Каждый современный автомобиль оснащен бензиновой или дизельной топливной системой. В зависимости от преимуществ, каждый автолюбитель подбирает себе нужный вариант автомобиля. В отличие от дизельной системы, бензиновая обеспечивает автомобилю большую мощность. Однако дизельная система, в свою очередь, значительно экономит топливо и отличаются большим крутящим моментом.

Тип бензиновой системы впуска

Автомобили могут иметь два типа системы впуска – инжекторную или карбюраторную. Электронная (инжекторная) система впуска позволяет добиваться большего КПД, поэтому устанавливается на большинство современных автомобилей.

Карбюраторная система предусматривает не распыляемое топливо в камере сгорания, а вбрасываемое струей в бензиновую систему. При этом у автомобиля наблюдается значительное повышение потребления топлива, ухудшается управляемость и нарушается работа мотора. Многокарбюраторные системы в используются достаточно редко и устанавливаются на тюнингуемые или на спортивные транспортные средства.

Тип бензиновой системы впрыска

Бензиновая система впрыска обеспечивает бесперебойную подачу топлива в камеры сгорания. Различают системы с одноточечным и многоточечным впрыском. Первый тип системы требует большего количества бензина и не гарантирует правильной работы двигателя, поэтому современные автомобили не оснащают одноточечной системой впрыска. Многоточечный метод впрыска создает в камере сгорания равномерную топливную смесь, которая позволяет автомобилю стабильно работать в любых условиях.

Есть еще один тип бензиновой системы впрыска – прямой. Такой метод подачи бензина увеличивает срок эксплуатации автомобиля, позволяет ему работать без перебоев и снижает расход топлива. Однако установка такой системы станет для автолюбителя дорогим удовольствием. Кроме того, она имеет существенные недостатки. Если вы все таки установили на автомобиль систему прямого впрыска бензина, то использовать нужно только высококачественное топливо. Также, стабильность работы двигателя может быть нарушена и при холодном старте могут появляться перебои.

Дизельная система впрыска (ДВС)

Устройство бензиновой системы впрыска гораздо легче для восприятия, чем дизельная. ДВС используется в комбинации двух устройств, обеспечивающих стабильность и надежность работы мотора.

Система ТНВД – это самая распространенная дизельная система, ставшая основой для остальных усовершенствованных систем.. Она используется только в вместе с системой насос-форсунок, за счет которых топливо подается в камеру сгорания. При использовании системы насос-форсунок без ТНВД затрудняется работа силового агрегата, что объясняет необходимость совмещения двух устройств.

Комбинация ТНВД и насос-форсунок распространена не только в России, но и в других странах мира. Дизельное топливо под давлением ТНВД подается в рампу, сжимается и впрыскивается в камеру сгорания. Система не только оптимизирует работу мотора автомобиля, но и значительно повышает его мощность, а также благополучно воздействует на количество потребляемого топлива.

Форсунки впрыска

Различают два вида форсунок– это механические и пьезотронные. Их вид не существенно влияет на общую характеристику двигателя. Однако большей популярностью пользуются пьезотронные форсунки. Они предают двигательной системе плавный рабочий цикл.

Количество клапанов

Количество клапанов на каждом автомобиле различно, их число определяется производителями. Обычно, на цилиндр устанавливают от 2 до 5 клапанов на впуске/выпуске. Количество клапанов влияет на стабильность работы и мощность двигателя. Чем большее количество клапанов установлено, тем плавнее и мощнее работа двигателя. Слишком большое количество клапанов увеличивает расход топлива.

Компрессор

Данный механизм создан для сжимания топлива, т.е. впускной смеси. Компрессоры могут быть механическими и турбонаддувными. Механический компрессор работает за счет коленчатого вала двигателя. Недостаток данной системы в том, что он приводит к значительной потере мощности и увеличению потребляемого топлива. Турбонаддувные компрессоры оснащены крыльчаткой турбины, раскручивающейся от давления выхлопных газов. Турбонаддувные механизмы более экономичны, они не затрачивают большого количества впускной смеси, но на малых оборотах уменьшают крутящий момент.

Для улучшения мощностных характеристик двигателей некоторых автомобилей, производители устанавливают несколько устройств. Последовательно установленные компрессоры обеспечивают бесперебойность в работе мотора, параллельно установленные компрессоры увеличивают характеристики автомобиля в пиковых режимах.

Система газораспределения

Газораспределительная система играет важную роль в работе автомобиля. Она напрямую влияет на работоспособность вашего железного «друга». Ее неисправность может повлечь за собой серьезные поломки, вот почему иногда важно знать ее составляющие. К ним относятся механизм распределения, распредвалы и привод.

Газораспределительная система может быть простой и динамической. Вторая разновидность системы обеспечивает свободное переключение режимов двигателя, выступает как стабилизатор процесса его работы. В динамической системе регулируются фазы и высота подъема клапана.

Современные автомобили могут иметь различное количество распредвалов, однако оптимальный вариант – это установка одного устройства на 8 клапанов мотора.

Ремень или цепь могут выступать приводом в устройстве системы газораспределения. Прежде чем выбирать наиболее удобный вариант, ознакомьтесь с их достоинствами и недостатками. Ремень системы может изнашиваться через равный промежуток времени, поэтому требует вложений в его замену. К основному достоинству можно отнести практически бесшумную работу устройства. В отличие от ремня, цепь вызывает неприятный металлический лязг. Однако цепь является наиболее прочным и надежным приводом, который хоть и имеет большую стоимость, но не изнашивается в течении длительного срока эксплуатации.

Силовые агрегаты автомобилей имеют еще ряд особенностей устройства двигателя, однако для водителя-непрофессионала они не имеют значения.

В наши дни на автомобили в основном устанавливается двигатель внутреннего сгорания. Специалисты-профессионалы отмечают достаточно сложное его устройство. Для того чтобы остановить свой выбор, при покупке автомобиля, на какой-то конкретной версии, необходимо использовать технические характеристики двигателя внутреннего сгорания для анализа устройства всего автомобиля.

Особенности

Самый главный показатель поршневого двигателя внутреннего сгорания - это количество цилиндров. Их может быть, на серийных автомобилях, от 1 до 16. Этот фактор влияет на конструктивное устройство двигателя, а так же на мощность, она может быть различной при одинаковом количестве цилиндров.

Цилиндры могут располагаться рядно и под углом друг к другу. Когда они расположены под углом, относительно коленчатого вала с обеих сторон, то на характеристики двигателя внутренного сгорания влияет угол развала. При увеличении угла смещается вниз центр тяжести двигателя, что улучшает работу систем охлаждения и смазки, наблюдается улучшение динамических показателей, повышается инерционность. При уменьшении угла снижается вес и инерционность, но ухудшается температурный режим.

Применяется в автомобилестроении оппозитный двигатель с механизмом внутренного сгорания, угол развала цилиндров которого составляет 180°, при этом максимально проявляются преимущества и недостатки ДВС. При W-образной схеме задействуется четыре и более цилиндра, и включаются они в общий привод. Очень редко применяется рядно-V-образный тип двигателей, это синтез двух типовых разновидностей. Располагаясь последовательно, несколько цилиндров наклонены под определенным углом относительно друг друга, это способствует улучшению температурных характеристик.

Важно! Отличаются между собой эти типы двигателей внутренного сгорания весом и размерами. Увеличение количества цилиндров ведет к изменению всех характеристик: увеличивается рабочий объем, увеличивается его мощность, но и расход топлива увеличивается тоже.

Материалы

Материалы, из которых изготавливают двигатели с механизмом внутреннего сгорания можно разделить на три основных группы:

1. Чугун и другие сплавы железа - достигается большая прочность, но значительно увеличивается вес.
2. Алюминий и сплавы - дают малый вес и среднюю прочность.
3. Сплавы магния - малый вес при достаточно высокой прочности, но при этом значительно возрастает стоимость.

Характеристики

В основном работа двигателя внутреннего сгорания характеризуется тремя показателями: мощностью, крутящим моментом и числом оборотов коленчатого вала. Мощность обозначается лошадиными силами (л.с.), иногда выражается в киловаттах (кВт). Влияет она на общую динамику автомобиля, на его скорость и время разгона. Крутящий момент влияет на создание тягового усилия, обозначается ньютонометрами (нм), обеспечивает мягкость работы двигателя при переключении передач и обеспечивает ускорение автомобиля с низких оборотов. Показатель максимального числа оборотов коленчатого вала влияет на скоростной и динамический характер движения автомобиля.

Не менее важными являются такие характеристики мотора внутреннего сгорания:

• тип применяемого топлива для двигателя внутреннего сгорания может быть бензин, газ или дизельное топливо. Марки топлива различаются октановым числом, оно должно соответствовать типу двигателя и его характеристикам. Использование несоответствующего топлива приводит к потере мощности и к снижению ресурса работоспособности двигателя;
• расход топлива двигателя внутреннего сгорания разделяется на городской, загородный и смешанный. Обозначается количеством литров на сто километров пробега автомобиля;
• расход моторного масла. Измеряется в литрах на тысячу километров пробега. Масла бывают синтетическими, полусинтетическими и минеральными, отличаются они густотой и вязкостью. Применение их регламентировано изменениями сезонных температур, зимой применяются масла с низкими обозначениями 0W40, 5W40, 10W40, а летом 15W40, 20W40. Трансмиссионные масла 70W90 или 95W100 использовать в двигатель нельзя, так как это приведет к его заклиниванию;
• ресурсная прочность - этот параметр определяет периодичность проведения технического обслуживания. Обычно работы по техническому обслуживанию двигателя проводятся в период между 5000 и 30000 километров пробега. Имеется гарантийный и послегарантийный периоды технического обслуживания.
• Двигатели внутреннего сгорания имеют ряд разнообразных особенностей конструктивного характера:
• топливная система - может быть бензиновая и дизельная. Бензиновые двигатели при большем числе оборотов колен вала развивают большую мощность, а дизельные имеют большой крутящий момент и отличаются устойчивой работой;
• на современных двигателях внутреннего сгорания применяется электронная система впрыска бензина (инжекторная), она показывает лучшие технико-экономические показатели, чем карбюраторная система. Из-за плохого смешивания бензовоздушной смеси карбюраторная система имеет низкий КПД, труднорегулируемая механическая регулировка приводят к перерасходу топлива;
• система бензинового впрыска может быть одноточечного и многоточечного типа. Недостатком одноточечной системы есть то, что при резком уменьшении нагрузки происходит увеличение расхода топлива. Многоточечный тип имеет прямую и распределенную систему внутреннего впрыска. При этом создается равномернораспределенная смесь, что делает работу двигателя устойчивой на всех режимах. Но при прямом впрыске, хоть и наблюдается повышение мощности, ресурсной прочности и снижение расхода топлива значительно повышается стоимость, так как необходимо высококачественное топливо и наблюдаются провалы на малых оборотах в начале движения.

Эти недостатки исключаются применением комбинированного (двойного) впрыска. Системы используются одновременно, а электроника включает их по очереди, в зависимости от изменения нагрузочных и скоростных режимов.

Дизельные агрегаты

Дизельные двигатели проще бензиновых с системой внутренного сгорания по конструкции, однако, система впуска намного сложнее и построена по другому принципу. В ее состав входит топливный насос высокого давления (ТНВД), а так же форсунки, которые впрыскивают топливо, под высоким давлением, прямо в камеру сгорания. Работает эта совместная система достаточно устойчиво и стабильно, но требует тщательного технического обслуживания и профессиональной регулировки.

Используя комбинацию топливного насоса высокого давления с насос-форсунками на базе общей топливной рампы высокого давления, где дизельное топливо сжимается и попадает в камеру сгорания методом впрыска. На данное время эта система показывает лучшие характеристики и обеспечивает малый расход топлива.

Внимание! Форсунки впрыска могут быть с механическим или пьезоэлектронным внутренним приводом. Они достаточно надежно работают, но пьезоэлектронные проще в обслуживании.

Клапана - часть газораспределительной системы, бывают впускные и выпускные. В разных конструкциях используется от 2 до 5 на каждый цилиндр. Чем больше клапанов, тем больше мощность, так как камера сгорания больше и быстрее наполняется топливом, это характеризуется увеличенным расходом топлива.

Дизельные двигатели внутреннего сгорания бывают с наддувом и без. Без наддува - атмосферные двигатели не имеют компрессора или других устройств обеспечивающих создание повышенного давления воздуха в системе впуска. С наддувом бывают компрессорные и турбинные, отличаются друг от друга типом привода.

Компрессорный наддув имеет механический привод и получает вращение от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, в результате теряется часть мощности и увеличивается расход топлива. Турбонаддув имеет привод от системы крыльчаток, раскручивающихся под давлением выхлопных газов. Эта система надежнее, отличается простотой и почти исключает потери, но при этом снижается крутящий момент, ощутимо это на низких оборотах.

Система газораспределения двигателя внутреннего сгорания включает в себя распределительные валы и их приводы. Количество их зависит от конструкции двигателя, на каждый ряд один вал, но не более чем на 8 клапанов. Передача вращения от коленвала на распредвал осуществляется посредством цепи или ремня. Цепь создает много шума, но достаточно надежная, а ремень дешевле, но быстро изнашивается.

Фазы газораспределения - величина теоретически постоянная, и зависит от формы кулачка распредвала. По мере износа кулачка изменяются фазы, падает мощность и уменьшается моторесурс двигателя внутреннего сгорания.

И напоследок, если у вас ломался ДВС, то диагностика автомобилей с выездом просто необходима в этом случае.