Типы двигателей автомобилей: характеристики

Компоновка двигателя, расположение мотора и количество клапанов

Если говорить о различных характеристиках, двигатели отличаются по количеству цилиндров, по расположению цилиндров, а также по самому расположению мотора в подкапотном пространстве. Например, силовые агрегаты бывают 3-х, 4-х, 5-и, 6-и, 8-и цилиндровыми и т.д.

По расположению цилиндров также выделяют рядные, V-образные, оппозитные двигатели и т.п. Силовой агрегат может быть установлен под капотом продольно или поперечно. На каждом цилиндре может быть установлено по 2, 4 и более клапанов ГРМ.

Отметим, что на общее число цилиндров следует обращать внимание только тогда, когда речь идет о выборе малолитражки. Если точнее, не так давно на городских субкомпактных автомобилях в практику вошла установка трехцилиндровых атмосферных и турбомоторов

При этом такие ДВС с тремя цилиндрами отличаются повышенным уровнем вибраций

При этом такие ДВС с тремя цилиндрами отличаются повышенным уровнем вибраций.

Во всех остальных случаях количество цилиндров в той или иной мере определяет мощность, при этом в плане вибраций не так важно, сколько их имеет конкретный мотор, 4, 5 или 6. Зачастую незначительную роль играет и особенность расположения ДВС под капотом

Единственное, на практике многие рядные двигатели с 6-ю цилиндрами, установленные продольно, отличаются повышенной склонностью к поломкам даже при незначительном перегреве сравнительно с другими аналогами

Как правило, особого внимания заслуживает только компоновка цилиндров. Схем компоновки много, при этом наиболее распространенными являются:

рядные двигатели,
V-образные агрегаты,
оппозитные моторы,

Рядный мотор из этого списка самый простой, цилиндры идут в один ряд над коленчатым валом. Такой двигатель проще обслужить и отремонтировать. Главным минусом является то, что увеличение количества цилиндров больше 6 приводит к тому, что мотор становится слишком длинным и его не удается разместить как продольно, так и поперечно в подкапотном пространстве.

Для решения этой задачи на машину ставится V-образный мотор, цилиндры распложены уже не в один, а в два ряда, причем под углом друг к другу. Такие ДВС сложнее рядных, их дороже обслуживать и ремонтировать. Достаточно вспомнить о том, что указанный тип агрегатов имеет две ГБЦ со всеми вытекающими последствиями. Еще одним минусом является относительно высокая вибронагруженность.

Оппозитные двигатели используют только некоторые автопроизводители. В частности, на таких ДВС специализируется Subaru из Японии, также их производят немцы Porsche. Оппозитный двигатель создает минимум вибраций, однако крайне сложен в обслуживании, далеко не все автосервисы могут выполнить его качественный ремонт при такой необходимости.

Теперь перейдем к клапанам. От их количества напрямую завит мощность двигателя, приемистость мотора и ряд других параметров. Чем больше клапанов, тем лучше цилиндр наполняется топливно-воздушной смесью и вентилируется от выхлопных газов. При этом увеличение числа клапанов закономерно приводит к усложнению и удорожанию всей конструкции ГРМ.

Компоновка и технические характеристики ДВС

Еще стоит добавить, что существуют многочисленные разновидности двигателей внутреннего сгорания, которые отличаются друг от друга по компоновке и расположению цилиндров.

Дело в том, что пространство в моторном отсеке ограничено, при этом на разных автомобилях возникает необходимость уместить в таком пространстве агрегат с тем или иным количеством цилиндров.

Как правило, по компоновке на большинстве машин чаще всего можно встретить:

рядный двигатель;
V-образный мотор;
оппозитный двигатель;

Рядный двигатель означает, что все его цилиндры расположены в одной плоскости. Рядные «четверки» (4-х цилиндровый мотор) являются самым распространенным типом ДВС. Рядные «шестерки» также весьма популярны, они меньше вибрируют, имеют приемлемую мощность, однако такой двигатель получается достаточно длинным.

Еще одним вариантом является V-образный двигатель. Цилиндры в таком моторе располагаются в двух плоскостях, напоминая литеру «V». Подобный ДВС имеет 6 или 8 цилиндров (V6 или V8), при этом длина двигателя сравнительно с рядным мотором меньше, хотя ширина закономерно увеличивается. Еще добавим, что угол между плоскостями принято называть углом развала.

Также отдельного внимания заслуживает оппозитный двигатель. Примечательно, что такая компоновка предполагает угол развала 180 градусов. Фактически, цилиндры и поршни находятся друг напротив друга, а сам агрегат называется «boxer». Такое расположение позволило уменьшить высоту оппозитника, снизить уровень вибраций, улучшить развесовку и т.д.

Добавим, что существуют так называемые двигатели типа VR. Их особенностью является малый угол развала, позволяя уменьшить размеры ДВС в длину и ширину. Также стоит упомянуть мощные W-двигатели. Указанные силовые агрегаты многоцилиндровые (например, W12) Что касается компоновки, конструкция может включать в себя сразу три ряда цилиндров, которые расположены под большим углом развала.

Еще одним вариантом является расположение тех же трех рядов цилиндров, при этом угол развала максимально уменьшен (как и в случае с VR-компоновкой). Как правило, именно последний вариант прижился на мощных легковых авто класса «премиум», спорткарах и солидных внедорожниках. Дело в том, что даже при таком количестве цилиндров двигатель все равно отличается компактностью.

Виды двигателей внутреннего сгорания

Агрегаты классифицируются по ряду отличительных признаков, которые напрямую влияют на устройство двигателя или принцип работы.

Параметры классификации:

Способ образования смеси в двигателе:внешнее образование смеси (карбюратор, газовый двигатель);
внутреннее образование.

Количество ходок поршня, прежде чем выполнится рабочий процесс двигателя:

процесс работы за 4 хода;
процесс работы за 2 хода.

Количество камер объёмного вытеснения в двигателе:

1 камера вытеснения;
2 камеры вытеснения;
много камер вытеснения.

Размещение камер объёмного вытеснения в двигателе:

в ряд, перпендикулярно горизонту, а так же под небольшим углом;
угол между осями камер вытеснения составляет 90°;
угол между осями камер вытеснения составляет 180°.

Отвод избыточной температуры в двигателе:

посредством обдува воздушными массами;
посредством обтекания потоком жидкости.

Питание двигателя горючим:

бензин;
солярка;
газ;
питаются несколькими видами горючего.

Отношение полного объёма камеры к объёму пространства сгорания:

показатель равен 12-18 единиц (высокая степень);
показатель равен 4-9 единицам (низкая степень).

Способ наполнения цилиндра двигателя:

без наддува, атмосферные двигатели, подача разряжением;
с использованием наддува, подача сжатием.

Угловая частота:

низкая угловая частота;
средняя угловая частота;
высокая угловая частота.

Много других методов, по которым отфильтровывают силовые установки.

Действия в камере объёмного вытеснения разбиты на процессы:

Такт, это передвижение поршня из одного крайнего положения в другое крайнее положение, обобщённо, движение детали в одну сторону.
Цикл, это количество тактов, которое совершает агрегат, выполняя работу. Как правило, значение равно двум или четырём.
Процесс работы: совершение действий над содержимым камеры объёмного вытеснения. Запускаем субстанцию, сжимаем, сжигаем, выпускаем.

Компрессор

Главная функция компрессора – повышение мощности ДВС без увеличения его размеров. Это делается с помощью нагнетания в камеру сгорания большего объема воздуха, что позволяет делать взрыв топливной смеси более мощным. Устанавливается компрессор на впускную систему автомобиля. Компрессор приводится в движение механическим способом через соединение с коленвалом. Это делается посредством ремня или цепи. Турбокомпрессор нагнетает воздух под действием потока газов, которые крутят турбину, отвечающую за подачу дополнительной порции атмосферной массы. Компрессоры по принципу подачи воздуха делятся на:

Центробежные – простая конструкция, где нагнетателем является крыльчатка;
Роторные – воздух нагнетается кулачковыми валами;
Двухвинтовые – функции нагнетателей выполняют винты, расположенные параллельно друг другу.

Газовые двигатели

Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:

смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.
сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150—200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.
генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твёрдого топлива используются:
- уголь
- торф
- древесина

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания

Итак, ДВС состоит из корпуса, в котором все остальные детали монтируются. Чаще всего это блок цилиндров.
На данном рисунке показан один цилиндр без блока. Устройство ДВС направлено на максимально комфортные условия для цилиндров, ведь именно в них производится работа. Цилиндр, это металлическая (чаще всего стальная) труба, в которой двигается поршень. Он обозначен на рисунке цифрой 7. Над цилиндром устанавливается головка цилиндра 1, в которую вмонтированы клапана (5 – впускной и 4 — выпускной), а также свеча зажигания 3 и коромысла 2.
Над клапанами 4 и 5 есть пружины, которые удерживают их в закрытом состоянии. Коромысла при помощи толкателей 14 и распределительного вала 13 открывают клапана в определенный момент (тогда, когда это необходимо). Распределительный вал с кулачками вращается от коленвала 11 через приводные шестерни 12.
Движения поршня 7 преобразуются во вращение коленвала 11 при помощи шатуна 8 и кривошипа. Этим кривошипом служит «колено» на валу (смотри рисунок), именно поэтому вал и называется коленчатым. В связи с тем, что воздействие на поршень происходит не постоянно, а только когда в цилиндре горит топливо. У ДВС есть маховик 9, довольно массивный. Маховик как бы запасает энергию вращения и отдает ее при необходимости.
В любом двигателе много трущихся деталей, для их смазывания используют автомобильное масло. Масло это хранится в картере 10 и специальным насосом подается к трущимся деталям.
Синим цветом, показаны детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Голубым – смесь топлива и воздуха. Серым – свеча зажигания. Красным – выхлопные газы.

Вспомогательные системы ДВС

Мотор оснащается рядом систем, обеспечивающих работу силового агрегата. Например, навесное оборудование необходимо для восстановления заряда аккумулятора и прокачки антифриза через рубашку охлаждения.

Газораспределительный механизм обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов впуска или выпуска, а при установке регулятора фаз позволяет повысить мощность в различных режимах работы. Конструкция и перечень вспомогательных элементов определяются типом и временем производства двигателя.

Зажигание

Принцип действия искровой системы зажигания основан на подаче импульсов высокого напряжения на электрод свечи. При пробое воздушного зазора между контактами образуется искра, воспламеняющая смесь.

Для современных двигателей используются отдельные катушки для каждого цилиндра, импульсы низкого напряжения раздаются электронным блоком.

Система зажигания ДВС.

Впускная система

В общее устройство системы впуска входит коллектор, направляющий поток очищенного воздуха к клапанам. Двигатели оснащаются фильтрами с бумажным картриджем, ранее ставились сетки из металла с масляной ванной.

Для регулирования потока используется дроссельная заслонка с механическим или электронным приводом. На карбюраторных моторах устанавливался патрубок для забора нагретого от выхлопного коллектора воздуха. Агрегаты с системой впрыска такими дополнительными узлами не оснащаются.

Топливо и смазка

Углеводородное топливо для ДВС (иногда в состав горючего вводится этиловый спирт или компонент, полученный путем переработки растений) хранится в баке. Подача производится механическим либо электрическим насосом. Существуют различные виды систем для формирования топливно-воздушной смеси.

Силовой агрегат с искровым зажиганием может быть с карбюратором, но с 2000 г. большинство моторов оборудованы форсунками для впрыска. В дизелях используются насос высокого давления и форсунки (конструкция зависит от производителя и даты выпуска мотора).

Принцип работы контура прост: масло нагнетается насосом с приводом от коленчатого вала к точкам трения. Часть деталей смазывается разбрызгиванием, охлаждать смазку может отдельный радиатор.

Для фильтрации масла используется сменный картридж с редукционным клапаном. Уровень смазки контролируется вручную щупом либо с помощью датчика, выводящего информацию на экран комбинации приборов.

Схема топливной системы ДВС.

Выхлопная система

Стандартная система отвода отработавших газов состоит из выпускного коллектора, к которому через эластичную муфту (сильфон) крепится приемная труба.

Поток раскаленных продуктов сгорания проходит через резонатор и глушитель, назначением которых является сокращение уровня шума за счет многократного изменения направления движения газов.

В состав выхлопной системы входят и каталитический нейтрализатор с датчиками кислорода, обеспечивающими снижение токсичности выхлопа и корректировку состава топливно-воздушной смеси.

Выхлопная система ДВС.

Охлаждение

Для охлаждения моторов используют:

Поток воздуха, нагнетаемый вентилятором через ребра на корпусах цилиндров и картере. Установка щитков с регулируемыми заслонками или вязкостной муфты в приводе крыльчатки позволяет корректировать интенсивность теплообмена. На мотоциклах (например, советских ИЖ-Планета или Урал) охлаждение двигателя осуществлялось за счет обтекания оребрения воздушными массами на ходу.
Антифриз, циркулирующий в полостях в блоке и головке мотора с помощью механического насоса и дополнительной электрической помпы. За счет термостата в контуре охлаждение жидкости происходит в радиаторе за счет потока воздуха, создаваемого вентилятором (с механическим или электрическим приводом либо крыльчаткой с вязкостной муфтой). В жидкостной системе охлаждения компенсационный бачок собирает расширяющийся при нагреве антифриз.

Устройство механизма вращения клапана

Механизм вращения клапана состоит из: неподвижного корпуса 2 в наклонных канавках которого расположены пять шариков 3 с возвратными пружинами 10, дисковой пружины 9 и опорной шайбы 4 с замочным кольцом 5. Механизм устанавливается в расточке, сделанной в головке цилиндров под опорной шайбой 4 клапанной пружины 6, закрепляемой на стержне 1 с помощью сухариков 8 и тарелки 7. При закрытом клапане давление на дисковую пружину 9 сравнительно невелико, и она выгнута наружным краем вверх, а внутренним краем опирается в заплечик корпуса 2. Шарики 3 отжаты пружинами 10 в исходное положение.

В момент открытия клапана давление клапанной пружины на опорную шайбу 4 возрастает; под действием этого давления дисковая пружина 9, выпрямляясь, передает давление на шарики 3 и вызывает их перемещение в конечное положение. Вместе с шариками перемещаются дисковая пружина с опорной шайбой, клапанная пружина и клапан. Когда клапан закрывается, давление на дисковую пружину 9 уменьшается, и она, выгибаясь, вновь касается своим внутренним краем заплечиков корпуса 2, освобождая тем самым шарики 3. Шарики под действием возвратных пружин перемещаются в исходное положение. Таким образом, при каждом открытии клапана происходит его поворот на некоторый угол. (При номинальном скоростном режиме клапаны совершают 20—40 об/мин.)

Что такое мощность двигателя

Под мощностью следует понимать физическую величину, которая показывает совершаемую двигателем работу за единицу времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения коленчатого вала. Обычно она указывается в лошадиных силах (л.с.), но встречается измерение и в кВт.

Если же конвертировать мощность 1 лошадиной силы в киловатты (в промышленности или энергетике), то она будет примерно равна 0,746 кВт. Понятие лошадиная сила не входит в международную систему измерений (СИ), поэтому измерение мощности в кВт будет более правильным.

Виды мощности

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

индикаторная;
эффективная;
литровая.

Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной литражу двигателя и среднему давлению газов на поршень.

Также есть параметр, называемый литровой мощность двигателя. Это соотношение объема двигателя к его максимальной мощности. Для бензиновых моторов литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а у дизельных – 10-15 кВт/л.

Как узнать мощность двигателя автомобиля

Конечно, значение можно посмотреть в документах на машину, но иногда требуется узнать мощность автомобиля, который подвергался тюнингу или давно находится в эксплуатации. В таких случаях не обойтись без динамометрического стенда. Его можно найти в специализированных организациях и на станциях техобслуживания. Колеса автомобиля помещаются между барабанами, создающими сопротивление вращению. Далее имитируется движение с разной нагрузкой. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для более точного результата может понадобиться несколько попыток.

Несколько важных моментов, связанных с устройством ДВС

При всём совершенстве современной электроники, на неё не стоит полагаться на все сто. Знание устройства и принципа работы мотора поможет даже новичку вовремя заметить тревожные симптомы, а значит избежать неприятных последствий поломок и затрат на их ликвидацию

О важности именно ручного контроля уровня масла в картере мы уже неоднократно писали в материалах.

На что ещё нужно обращать внимание?

Не так уж редки случаи растяжения цепи или разрыва приводного ремня ГРМ, особенно у авто с вторичного рынка. Последствия разрыва ремня ГРМ особенно печальны и дороги в устранении. Стоит следить за физическим состоянием ремня, и при появлении бахромы и других визуально определяемых следов его износа, менять на новый без всяких колебаний. Ослабление ремня или цепи привода ГРМ, проявляется в виде свистящих и гремящих звуков, а также определяется тактильно. Неполадки в головке блока цилиндров могут проявлять себя “пением сверчков” кулачкового привода клапанов. Полезно также следить за напором и характером выхлопных газов. Слегка прерывистый напор, с ритмичным чередованием усилений и ослаблений выхлопа, свидетельствует о нормальном рабочем цикле двигателя. Ослабленный и равномерный выхлоп, или “выстрелы” из выхлопной трубы, а также наличие в газах сажи, струйки топлива, и особенно — тосола, является показанием для вызова эвакуатора и скорейшего визита на СТО. Есть ряд ситуаций, когда допустима буксировка автомобиля или можно дотянуть до мастера своим ходом, но новичку не всегда просто определиться с предварительным диагнозом, поэтому лучше не рисковать. Деньги, уплаченные за эвакуацию — ничто, по сравнению с затратами на капитальный ремонт двигателя, или лечение “клина” в автоматических коробках передач.

Итак, мы рассказали и показали разные схемы двигателя в разрезе, надеемся, что информация была вам полезна. Здоровья вам и вашему автомобилю. Удачи на дорогах.

Классификация двигателей

Конструкция ДВС бывает различной. Каждый разработчик мотора пытается внести свои улучшения, повысить мощность и экономичность, снизить выбросы вредных веществ и стоимость агрегата. Давайте посмотрим, по каким критериям классифицируют двигатели внутреннего сгорания.

По рабочему циклу

Рабочий цикл ДВС — это последовательность процессов внутри каждого цилиндра, в результате которой энергия топлива превращается в механическую энергию. Цикл может быть двухтактным или четырехтактным:

четырёхтактный мотор работает по «циклу Отто» или Аткинсона и включает в себя такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск;
в двухтактном ДВС впуск и сжатие происходят одновременно за один такт, а рабочий ход переходит в выпуск на втором такте.

По типу конструкции

По конструкции ДВС делятся на:

поршневые, в которых расширяющиеся при сгорании газы приводят в движение поршень, который в свою очередь толкает коленвал;
роторные.Растущее давление газов воздействует на ротор, соединённый с корпусом через зубчатую передачу. Роторный мотор не имеет ГРМ. Его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках корпуса;
газовые турбины. В этих двигателях внутреннего сгорания газы с высокой скоростью попадают на лопатки силовой турбины, которая соединяется через редуктор с трансмиссией. Для нагнетания воздуха в мотор установлен турбинный компрессор.

Моторы могут быть без наддува, с турбокомпрессором или нагнетателем. Конструкция подбирается под назначение двигателя: будь то стационарная установка или транспорт.

По количеству цилиндров

Одно цилиндровые двигатели работают неравномерно, что не критично для лодочных моторов, мопедов и мотоциклов. Двигатель автомобиля устроен сложнее, поскольку нужна высокая мощность, а значит и большой объём цилиндра. Так, в транспорте малого класса применяются 4-цилиндровые моторы. В грузовые автомобили ставят 6- и 8-цилиндровые ДВС.

По принципу создания рабочей смеси

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания различается способами смесеобразования:

внешнее: в карбюраторных моторах и в агрегатах с впрыском топлива во впускной коллектор;
внутреннее: в дизельных двигателях и бензиновых с непосредственным впрыском в камеру сгорания.

По расположению цилиндров

Поршневые двигатели автомобиля различаются компоновочной схемой блока цилиндров и могут представлять собой конструкцию:

рядную;
V-образную;
оппозитную с углом развала между поршнями 180°;
VR-образную;
W -образную.

В зависимости от компоновки моторы устанавливаются в подкапотное пространство вертикально, горизонтально или под углом к вертикальной плоскости для уменьшения высоты конструкции.

По типу топлива

Работа двигателя внутреннего сгорания происходит за счёт сжигания смеси воздуха с бензином, газа или дизеля. В качестве газового топлива ДВС применяются углеводород, сжиженный газ, смесь пропана и бутана, метан, водород.

По принципу работы ГРМ

Выше мы рассматривали, что ГРМ может быть устроен по схеме OHV, ОНС или DОНС. Выбор компоновки влияет на принцип работы двигателя. Также приводы клапанов различаются способами регулировки тепловых зазоров, которые увеличиваются в результате нагрева конструкции. Настройку зазоров проводят вручную, меняя специальные винты в коромыслах, или устанавливают гидрокомпенсаторы для автоматической регулировки.

https://youtube.com/watch?v=AA81dQadz4A

Четырехтактные двигатели

Главное отличие, устройство двигателя внутреннего сгорания на четыре такта, это процессы, разделенные при движении поршня в одну сторону.

Фазы работы мотора:

Такт введения. Перемещение поршня от крайнего верхнего положения к крайнему нижнему положению. Благодаря этому, камера объёмного вытеснения мотора разряжается, впускное отверстие открывается и поступает рабочая субстанция.
Такт сдавливания. Перемещение поршня от крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение. Клапана закрыты, горючая смесь сдавливается, давление и температур увеличиваются.
Рабочий ход. Поршень находится в крайнем верхнем положении, выполняется возгорание горючей субстанции, из-за которого выделяется много тепла и энергии. Давя на поршень, газы перемещают деталь в крайнее нижнее положение, что соответствует совершению работы.
Такт очистки.

Перемещение поршня в крайнее верхнее положение при открытом выпускном отверстии, отработка выводится из полости камеры объёмного вытеснения в атмосферу.

Четырёхтактный мотор:

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки (предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения (для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламенения топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).