Виды автомобильных двигателей

Неполадки двигателя

Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится… Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на «большой тройке». Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель: Плохая топливная смесь — Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:

• У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
• У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
• Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
• Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.

Недостаточная компрессия — Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:

• Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
• Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
• В цилиндре имеются повреждения.

Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки. Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта Отсутствие искры — Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:

• При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
• При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
• Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.

Могут возникнуть и другие неполадки. Например:

• Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
• Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
• Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
• Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
• Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
• В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.

Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

Базовые части двигателя

Чтобы хорошо понимать устройство двигателя автомобиля, важно разбираться, что из себя представляет блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун. Металлическую основу мотора, остов называют блоком

Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем

Металлическую основу мотора, остов называют блоком. Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем.

Иногда можно встретиться с термином «блок», иногда – с терминами «блок двигателя», «блок цилиндров». Всё это одно и тоже. Блок двигателя берёт на себя серьёзные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть предельно высок

Огромное внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки

Раньше блоки изготавливали из перлитного чугуна с легирующими добавками. Популярность чугуна при изготовлении блоков легко объяснима тем, что материал износостоек, стабилен по своим свойствам, малочувствителен к перегреву, адаптивен к ремонту. Сейчас некоторые производители также выпускают блоки из алюминиевого, магниевого сплава. В этом случае есть выигрыш, связанный с весом мотора. Это очень актуально для блоков моторов спорткаров.

Цилиндр

Рядом с понятием «блок» стоит понятие «цилиндр». Под цилиндром подразумевается цилиндрическое отверстие, высверленное в блоке. То есть это рабочая камера объёмного вытеснения.

Уплотнение верхней стороны цилиндра обеспечивает головка. Именно в ней находятся:

• Клапаны. Обеспечивают (в процессе открытия-закрытия) поступление в цилиндр воздуха, топливовоздушной смеси. Также среди функций клапанов обеспечивают очистку камеры сгорания цилиндра от отработавших (выхлопных) газов. Закрытие клапанов и удержание их в таком состоянии обеспечивают клапанные пружины.
• Распредвалы (элементы привода клапанов). От них зависит то, как открываются клапаны, сколько времени они находятся в открытом состоянии
• Механизмы привода клапанов. Функция идентична. И, как видно, из названия – это привод клапанов. Но сами механизмы могут быть разными. Всё зависит от мотора: например, бензиновый, дизельный.

Цилиндр играет роль направляющего для поршня.

Поршень, поршневые кольца и шатун

Цилиндрическая деталь или совокупность деталей, которая преобразует энергию горения топливо в механическую энергию, называется поршнем.

В проточках на боковой поверхности поршня вставлены поршневые кольца. Благодаря им между поршнем и стенкой цилиндра создаётся уплотнение. Задача поршневых колец заключается в создании барьера для перетекания из камеры сгорания в картер коленчатого вала газов.

Среди задач поршня:

• Оказание силового воздействия на шатун.
• Отвод тепла от камеры сгорания.
• Герметизация камеры сгорания.

Подвижное соединение между поршнем и коленчатым валом обеспечивает шатун. Именно шатун передаёт силу движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.

Коленчатый вал

Коленчатый вал – это важная составляющая кривошипно-шатунного механизма. Кривошип коленчатого вала создает возвратно-поступательное движение поршня через шатун (подвижный элемент), то есть возвратно-поступательное движение поршня превращается в крутящий момент. Физически коленвал расположен в нижней части двигателя. Снизу коленвал прикрыт картером – самой внушительной неподвижной и полой частью двигателя, закреплённой на блоке сбоку. Визуально картер напоминает поддон.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Со времени своего появления на свет, двигатели внутреннего сгорания очень сильно изменились. Производительность современных двигателей, по сравнению с двигателями времен зари двигателестроения, взлетела до космических высот. Естественно, выросло и разнообразие двигателей. Благодаря этому разнообразию, двигателям нашли бесчисленное количество способов применения. Все это разнообразие можно охватить с помощью классифицирования.

— По количеству цилиндров. Бывают одноцилиндровые, двухцилиндровые, трехцилиндровые и т.д. вплоть до 12 и даже более цилиндров, двигатели. Но все, что более 12 цилиндров, это уже редкость в автомобильной промышленности.

— По способу расположения цилиндров. Самые распространенные варианты, это рядные и V-образные двигатели. Рядные двигатели, это такие двигатели, в которых цилиндры расположены в одном ряду, друг за другом, располагаться они могут, относительно пространственного положения самого двигателя, как вертикально, так и горизонтально, а также под любым градусом наклона. V-образные двигатели, это такие двигатели, у которых имеется 2 ряда цилиндров и расположены они под углом 90 друг к другу, что напоминает букву V. Существуют также двигатели с оппозитным расположением цилиндров. Это когда цилиндры находятся друг напротив друга под углом 180 .

— По способу охлаждения. Бывают двигатели с воздушным охлаждением и с жидкостным. Воздушное охлаждение гораздо проще в производстве и обслуживать его не надо, но оно имеет много недостатков. Самый главный недостаток, это то, что двигатель обдувается потоком встречного или нагнетаемого вентилятором воздуха, из-за чего двигатель имеет разную температуру в разных местах, то есть охлаждается неравномерно. Разная температура приводит к неравномерному износу всего двигателя, что в конечном итоге сокращает срок службы такого двигателя. Да и перегреть такой двигатель, проще простого.

Второй на мой взгляд, очень важный недостаток воздушного охлаждения, это невозможность использовать тепло нагретой охлаждающей жидкости для обогрева салона автомобиля и невозможность подогревать двигатель в морозы, жидкостным предпусковым подогревателем.

Поэтому, жидкостное охлаждение, как говориться рулит. Не даром оно вытеснило воздушное охлаждение с автомобилей, за редким исключением (например грузовики марки «Татра»)

— По назначению. Бывают двигатели автомобильные, судовые, стационарные, бытовые (бензокоса, бензопила) и т.д.

— По способу осуществления рабочего цикла. Бывают 4 такта за один рабочий цикл, а бывает 2 такта. И называются такие двигатели соответственно, четырехтактные и двухтактные. Четырехтактных двигателей в мире превалирующее большинство. Этому есть ряд причин. Основные это экологичность, экономичность и надежность.

— По виду применяемого топлива. Бывают двигатели использующие для своей работы: бензин, дизельное топливо и сжатый или сжиженный газ. Также существуют битопливные и многотопливные двигатели, которые могут работать можно сказать на всем, что горит. Кроме того, есть и другие экзотические двигатели, работающие на не менее экзотических видах топлива, но о них в других статьях.

— По способу воспламенения рабочей смеси в цилиндрах. Бывают двигатели, в которых смесь поджигается искрой от свечи зажигания (бензиновые и газовые), а бывают двигатели в которых смесь поджигается сама по себе от сильного давления (дизельные двигатели)

— По способу наполнения цилиндров воздухом. Бывают атмосферные и наддувные двигатели. Атмосферные, это когда воздух попадает в цилиндры самотеком, то есть из-за разности давлений в цилиндре и во впускном тракте, создается эффект всасывания в цилиндр. Наддувные двигатели, это когда воздух силой вгоняется в цилиндр, с помощью турбонаддува или компрессора. Благодаря наддуву, удается наполнить цилиндр воздухом гораздо сильнее, чем это происходит в атмосферных двигателях, в результате чего значительно вырастает мощность двигателя, но снижается его ресурс.

По применению

Описание и классификация

Эти механизмы различаются также по применению. Они могут приводить в движение не только транспортные средства, но и различные механизмы и устройства. На сегодня существует несколько основных видов двигателей. Каждый из них призван работать на основе того или иного вида топлива и по своему принципу.

Инжекторный

Принцип действия в инжекторном двигателе заключается в следующем — топливо подаётся при помощи мелкодисперсного расписывания в полую камеру сгорания. Благодаря такому способу подачи получается существенно сэкономить расход топлива, а также уменьшить количество выхлопных газов при движении транспортного средства.

Инжекторные двигатели подразделяются:

• Электрические – количество подаваемого топлива регулируются специальной электрической системой. Благодаря чему дозировка рассчитана настолько верно, что это позволяет существенно уменьшить количество выхлопных газов, а также максимально полно и эффективно использовать топливо.
• Механические – система регулировки интенсивности впрыска организуется при помощи специальных рычагов.

Карбюраторный

Карбюраторный тип двигателя считается устаревшим. Его основной способ функционирования заключается в том, что топливо подаётся в специальную камеру (инжектор) где происходит его смешение с воздухом, и только потом данная смесь поступает на цилиндры двигателя, где происходит поджиг при помощи искры.

Дизельный

Сразу стоит отметить, что данный тип двигателя имеет следующие преимущества:

• Больший коэффициент полезного действия.
• Меньший расход топлива.
• Незначительный выброс вредных веществ в окружающую атмосферу.

Принцип действия заключается в том, что дизель самовоспламеняется, когда он существенно сжимается под напором втягивающегося воздуха. Прямой и обратный ход поршня вызывают сначала воспламеняющийся дизель, а потом отработанные газы.

Гибридный

Этот тип является комбинированным. Его работа частично происходит под воздействием электричества, вырабатываемого аккумуляторной батареей. Частично транспорт или машина перемещается за счёт сжигания топлива.

Развитие отрасли позволяет сейчас всё больше и быстрее развиваться самым разным механизмам. Сегодня, благодаря движению за экологию, всё больше находят применение исключительно те типы, которые работают от электричества или функционирующие на водороде.

Принцип работы

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине. Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Такты четырехтактного двигателя Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации

Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта)

Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

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

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

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

Принцип работы двухтактного двигателя

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

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

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

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

📌Циклы двигателя

Под циклом подразумеваются действия, которые повторяются в отдельном цилиндре. Четырехтактный мотор оснащается механизмом, который обеспечивает срабатывание каждого из этих циклов.

В ДВС поршень выполняет возвратно-поступательные движения (вверх/вниз) по цилиндру. Шатун и кривошип, закрепленный на нем, преобразует эту энергию во вращение. Во время одного действия – когда поршень доходит от нижней точки до верхней и обратно – коленчатый вал делает один оборот вокруг своей оси.

Чтобы этот процесс происходил постоянно, в цилиндр должна поступать воздушно-топливная смесь, она должна в нем сжиматься и воспламеняться, а также должны удаляться продукты горения. Каждый из этих процессов происходит за один оборот коленвала. Эти действия называются тактами. Всего в четырехтактнике их четыре:

1. Впуск или всасывание. На этом такте в полость цилиндра всасывается воздушно-топливная смесь. Она поступает через открытый впускной клапан. В зависимости от типа топливной системы бензин смешивается с воздухом во впускном коллекторе или непосредственно в цилиндре, как, например, у дизелей;
2. Сжатие. В этот момент как впускной, так и выпускной клапаны закрыты. Поршень идет вверх благодаря провороту коленвала, а он вращается за счет выполнения других тактов в смежных цилиндрах. В бензиновом моторе ВТС сжимается до нескольких атмосфер (10-11), а в дизеле – более 20атм.;
3. Рабочий ход. В момент, когда поршень остановится в самом верху, сжатая смесь зажигается при помощи искры от свечи зажигания. В дизельном агрегате этот процесс несколько отличается. В нем воздух так сильно сжимается, что его температура подскакивает до значения, при котором солярка загорается самостоятельно. Как только происходит взрыв смеси топлива и воздуха, высвободившейся энергии некуда деваться, и она перемещает поршень вниз;
4. Выпуск продуктов горения. Чтобы камера наполнилась свежей порцией горючей смеси, газы, образовавшиеся в результате воспламенения, необходимо удалить. Это происходит в следующем такте, когда поршень идет вверх. В этот момент открывается выпускной клапан. При достижении поршнем верхней мертвой точки цикл (или совокупность тактов) в отдельном цилиндре замыкается, и процесс повторяется.

Классификация легковых автомобилей по типу двигателя

автомобильное наследие

автомобильное наследие

автомобильное наследие

Классификация легковых автомобилей

Американская система классификации легковых автомобилей

«Компактные» автомобили, по габаритам соответствующие европейским машинам среднего класса, начали массово выпускаться в США с 1960 г. Они существовали и ранее, но не пользовались спросом до экономической рецессии 1958 г. Вслед за ними в начале 60-х гг. появились и среднеразмерные (mid-size) модели, заполнившие промежуток между полноразмерными и компактными. Последние ещё долго воспринимались как дешёвые и не совсем полноценные автомобили, в то время как категория mid-size быстро превзошла по продажам громоздкие и дорогие модели full-size.

С 1985 г. в США действует классификация EPA (United States Environmental Protection Agency), которая устанавливает класс автомобиля по полезному пространству салона. Поскольку современные американские модели принципиально не отличаются от европейских, традиционные категории теперь приблизительно соответствуют европейским сегментам:

Какой объем двигателя лучше выбрать

Хорошо известно, что чем большим оказывается объем двигателя, тем он мощнее. Другими словами, автомобиль с большим мотором лучше разгоняется и зачастую имеет высокую максимальную скорость. Исключением можно считать разве что некоторые внедорожники, в которых все «силы» ДВС брошены на повышенную проходимость, а не на динамику разгона и высокие скорости.

При этом важно понимать, что чем больше мощности отдает двигатель, тем больше топлива он потребляет. Если годовые пробеги не большие, тогда с расходом не менее 15-20 литров можно и согласиться, однако в случаях, когда за год машина проезжает 30-40 тыс

км. расходы на горючее могут заметно ударить по бюджету.

К этому стоит добавить, что дополнительно нужно учитывать и налог на мощность двигателя, стоимость полиса ГО и т.д. Если же говорить о ресурсе двигателей, то большеобъемные агрегаты  зачастую выгодно отличаются в этом плане от «малолитражек». Если просто, в рамках повседневной эксплуатации мощный мотор не нужно сильно «крутить» для поддержания необходимого темпа езды, во время интенсивных ускорений с места, обгонов и т.д.

Это значит, что такой двигатель не часто работает на высоких и максимальных оборотах при ежедневном использовании, при этом именно высокие обороты означают пиковые нагрузки и заметно сокращают срок службы любого двигателя.

На практике, например, 4-х литровый двигатель вполне может пробежать 500-600 тыс. км. и более без капремонта, тогда как 1.4-литровый агрегат может нуждаться в переборке или капитальном ремонте уже к 200-250 тыс. км. Но есть и минусы — двигатель большого объема требует больше моторного масла при замене, его дороже ремонтировать в плане стоимости работ и запчастей и т.д.

Кстати, вопросу мощности мотора нужно уделять внимание и с учетом того, какая коробка передач будет стоять на автомобиле. Если машина оснащена «механикой» или «роботом» (РКПП), тогда особых проблем не возникнет

Однако в случае, когда ТС оснащается классическим «автоматом» с гидротрансформатором или вариатором, тогда следует быть готовым к дополнительному отбору мощности у двигателя такими типами трансмиссий.

Еще нужно добавить, что ГУР (гидроусилитель руля) и кондиционер в комплектации того или иного авто также будут дополнительно отбирать мощность ДВС. В результате динамика малолитражной машины с АКПП при включении кондиционера может оказаться неудовлетворительной.

С учетом вышесказанного можно сделать вывод о том, что оптимально подбирать мотор по объему и мощности так, чтобы затраты на содержание авто укладывались в прогнозируемы и ожидаемые рамки, при этом мощности все же было достаточно с поправкой на стиль езды, личные предпочтения водителя и т.д.

Если подбирается авто б/у, тогда лучше приобрести конкретную модель с более мощным двигателем в линейке не только по причине лучшей динамики, но также из расчета на больший остаточный ресурс мотора до капремонта.

Тюнинг

Многие автовладельцы, привыкнув к своей машине, хотят получить от нее больше возможностей, чем она способна дать. Поэтому нередко для этого делают тюнинг двигателя, увеличивая его мощность. Это можно реализовать несколькими способами.

Например, известен чип-тюнинг, когда путем компьютерного перепрограммирования мотор настраивают на более динамичную работу. У этого способа есть как сторонники, так и противники.

Более традиционным методом является тюнинг двигателя, при котором осуществляются некоторые его переделки. Для этого производится замена коленчатого вала с подходящими под него поршнями и шатунами; устанавливается турбина; проводятся сложные манипуляции с аэродинамикой и так далее.

Устройство двигателя автомобиля не такое уж сложное. Однако в связи с огромным количеством элементов, в него входящих, и необходимости согласования их между собой, для того чтобы любые переделки возымели желаемый результат, требуется высокий профессионализм того, кто их будет осуществлять. Поэтому, прежде чем решаться на это, стоит потратить усилия для поиска настоящего мастера своего дела.

Виды двигателей

Первый полноценный прототип двигателя внутреннего сгорания был сконструирован в далёком 1806 году, который принадлежал братьям Ньепсье

После этого важного исторического факта было недолгое затишье

Но, в конце 19 века три легендарным немца положили старт автомобилестроению — Николас Отто, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. После этого двигатели внутреннего сгорания получили много модификаций и вариантов, которые используются по сегодняшний день.

Рассмотрим, какие существуют виды автомобильных ДВС, а также укажем типы двигателей:

• Паровая машина
• Бензиновый двигатель
• Карбюраторная система впрыска
• Инжектор
• Дизельные двигатели
• Газовый двигатель
• Электрические моторы
• Роторно-поршневые ДВС