Які бувають двигуни внутрішнього згоряння: види, типи і особливості ДВС
Поршневий ДВЗ (двигуна внутрішнього згорання) є тепловою машиною і працює за принципом спалювання суміші палива і повітря в камері згоряння. Головним завданням такого пристрою виступає перетворення енергії згоряння паливного заряду в корисну механічну роботу.
Не дивлячись на загальний принцип дії, сьогодні існує велика кількість агрегатів, які суттєво відрізняються один від одного завдяки цілому ряду індивідуальних конструктивних особливостей. У цій статті ми поговоримо про те, які бувають двигуни внутрішнього згоряння, а також у чому полягають їхні головні особливості та відмінності.
Типи двигунів внутрішнього згоряння
Почнемо з того, що ДВС може бути двотактним та чотиритактним. Що стосується автомобільних моторів, зазначені агрегати чотиритактні. Такти роботи двигуна являють собою:
- впуск паливно-повітряної суміші або повітря (що залежить від типу ДВЗ);
- стиснення суміші горючого і повітря;
- згоряння паливного заряду і робочий хід;
- випуск з камери згоряння відпрацьованих газів;
За таким принципом працюють як бензинові, так і дизельні поршневі мотори, які знайшли широке застосування в автомобілях і на іншій техніці. Також варто згадати і агрегати на газу, в яких газове паливо спалюється аналогічно дизпаливу або бензину.
Бензинові силові агрегати
Що стосується поршневих бензинових моторів, такі двигуни мають систему запалювання для запалення робочої суміші від іскри. Системи живлення у таких агрегатах можуть бути карбюраторними або інжекторними (впрысковыми).
Приготування робочої суміші в карбюраторних ДВЗ відбувається в карбюраторі, далі змішаний бензин і повітря подаються у впускний колектор. Сьогодні такі системи вважаються застарілими, так як не здатні забезпечити двигуну належну екологічність та економічність.
Вприскові ДВС за типом конструкції системи живлення бувають моноинжекторными (моновприск) або системами з розподіленим уприскуванням. У першому випадку схема передбачає наявність тільки однієї форсунки, що впорскує пальне у впускний колектор. Рішення з розподіленим уприскуванням мають окрему форсунку на кожен циліндр, яка встановлена поряд з впускними клапанами.
Така система харчування, особливо розподілене впорскування, дозволяє збільшити потужність мотора, при цьому досягається паливна економічність і відбувається зниження токсичності відпрацьованих газів. Це стало можливим завдяки точному дозуванні подаваного палива під управлінням ЕСУД (електронна система управління двигуном).
Подальший розвиток систем паливоподачі привело до появи двигунів з прямим (безпосереднім) уприскуванням. Головним їх відмінністю від попередників є те, що повітря і паливо подається в камеру згоряння окремо. Іншими словами, форсунка встановлюється не над впускними клапанами, а монтується прямо в циліндр.
Подібне рішення дозволяє подавати паливо безпосередньо, причому сама подача поділена на декілька етапів (подвпрысков). В результаті вдається домогтися максимально ефективного і повноцінного згоряння паливного заряду, двигун отримує можливість працювати на бідній суміші (наприклад, мотори сімейства GDI), знижується витрата палива, знижується токсичність вихлопу і т. д.
Дизельні мотори
Дизельний двигун працює на дизпаливі, а також значною мірою відрізняється від бензинового. Основна відмінність полягає у відсутності іскровий системи запалювання. Займання суміші палива і повітря в дизелі походить від стиснення.
Якщо просто, спочатку в циліндрах стискається повітря, який сильно нагрівається. В останній момент відбувається впорскування солярки прямо в камеру згоряння, після чого нагріта і сильно стиснута суміш запалюється самостійно.
Якщо порівнювати дизельні та бензинові ДВС, дизель відрізняється більш високою економічністю, кращим ККД і максимумом крутного моменту, який доступний на низьких обертах. З урахуванням того, що дизелі розвивають більше тяги при менших оборотах коленвала, на практиці такий мотор не треба «крутити» на старті, а також можна розраховувати на впевнений підхоплення з самих «низів».
Однак у списку мінусів таких агрегатів можна виділити чутливу паливну систему, а також більшу вагу і менші швидкості в режимі максимальних обертів. Справа в тому, що дизель спочатку «тихохідний» і має меншу частоту обертання колінчастого вала в порівнянні з бензиновими ДВЗ.
Дизелі також відрізняються більшою масою, так як особливості запалювання від стиснення передбачають більш серйозні навантаження на всі елементи такого агрегату. Іншими словами, деталі в дизельному моторі більш міцні і важкі. Також дизельні мотори більш галасливі, що обумовлено процесом займання та згоряння дизельного палива.
Роторний двигун
Двигун Ванкеля (роторно-поршневой двигун) являє собою принципово іншу силову установку. У такому ДВС звичні поршні, які здійснюють зворотно-поступальні рухи в циліндрі, просто відсутні. Головним елементом роторного мотора є ротор.
Зазначений ротор обертається по заданій траєкторії. Роторні ДВС бензинові, так як подібна конструкція не здатна забезпечити високий ступінь стиснення робочої суміші.
До плюсів відносять компактність, більшу потужність при незначному робочому обсязі, а також здатність швидко розкручуватися до високих оборотів. В результаті автомобілі з таким ДВС володіють видатними розгінними характеристиками.
Якщо говорити про мінуси, то варто виділити помітно знижений ресурс порівняно з поршневими агрегатами, а також високий витрата палива. Також роторний двигун відрізняється підвищеною токсичністю, тобто не зовсім вписується в сучасні екологічні стандарти.
Гібридний двигун
Гібридний силовий агрегат фактично є поєднанням поршневого бензинового або дизельного ДВЗ і електромотора. Також у конструкції присутній тягова акумуляторна батарея, яка живить електродвигун.
Гібрид працює за принципом максимальної економії палива, тобто двигун внутрішнього згоряння задіюється лише в певних режимах. При спокійній їзді колеса обертає електродвигун, а ДВС підключається тоді, коли батарея розряджається, необхідно інтенсивне прискорення ТЗ, навантаження досить високі т. п.
Також під час роботи гібридної установки активно використовується схема рекуперації енергії. Наприклад, під час гальмування двигуном працює генератор, який заряджає тяговий акумулятор. Таке поєднання двох типів силових установок дозволяє отримати покращення розгінної динаміки (особливо коли одночасно задіяний ДВС і електромотор), спостерігається істотна економія палива і малий викид токсичного вихлопу.
Компонування і технічні характеристики ДВС
Ще варто додати, що існують численні різновиди двигунів внутрішнього згоряння, які відрізняються один від одного по компонування і розташування циліндрів.
Справа в тому, що простір в моторному відсіку обмежена, при цьому на різних автомобілях виникає необхідність вмістити в такому просторі агрегат з тим чи іншим кількістю циліндрів.
Як правило, за компонуванні на більшості машин найчастіше можна зустріти:
- рядний двигун;
- V-образний мотор;
- опозитний двигун;
Рядний двигун означає, що всі його циліндри розташовані в одній площині. Рядні «четвірки» (4-х циліндровий мотор) є найпоширенішим типом ДВС. Рядні «шістки» також досить популярні, вони менше вібрують, мають прийнятну потужність, однак такий двигун виходить досить довгим.
Ще одним варіантом є V-подібний двигун. Циліндри в такому моторі розташовуються в двох площинах, нагадуючи літеру «V». Подібний ДВС має 6 або 8 циліндрів (V6 або V8), при цьому довжина двигуна порівняно з рядним двигуном менше, хоча ширина закономірно збільшується. Ще додамо, що кут між площинами прийнято називати кутом розвалу.
Також окремої уваги заслуговує опозитний двигун. Примітно, що така компоновка передбачає кут розвалу 180 градусів. Фактично, циліндри та поршні знаходяться один навпроти одного, а сам агрегат називається «boxer». Таке розташування дозволило зменшити висоту опозитника, знизити рівень вібрацій, поліпшити вагу і т. д.
Додамо, що існують так звані двигуни типу VR. Їх особливістю є малий кут розвалу, дозволяючи зменшити розміри ДВС в довжину і ширину. Також варто згадати потужні W-двигуни. Зазначені силові агрегати багатоциліндрові (наприклад, W12) щодо компонування, конструкція може включати в себе відразу три ряди циліндрів, які розташовані під великим кутом розвалу.
Рекомендуємо також прочитати статтю про те, що таке опозитний двигун. З цієї статті ви дізнаєтеся про особливості конструкції, а також про основні переваги та недоліки моторів даного типу.
Ще одним варіантом є розташування тих же трьох рядів циліндрів, при цьому кут розвалу максимально зменшений (як і у випадку з VR-компонуванням). Як правило, саме останній варіант прижився на потужних легкових авто класу «преміум», спорткарах і солідних позашляховиках. Справа в тому, що навіть при такій кількості циліндрів двигун все одно відрізняється компактністю.
Основні технічні параметри ДВЗ
Двигуни внутрішнього згоряння також мають цілий ряд характеристик і параметрів, які закладаються конструктивно. Якщо просто, мова йде про робочому обсязі, ступеня стиснення, потужності і крутному моменті і т. д.
Найбільший інтерес для пересічного обивателя, звичайно ж, є потужність і моментная характеристика. Крутний момент, який створюється на колінчастому валу, фактично вказує на те, яка сила тяги буде передаватися на колеса.
Природно, чим більшим виявиться показник крутного моменту, тим більшою буде тяга. Іншими словами, від цього показника залежить розгінна динаміка. Що стосується потужності двигуна, це величина, яка відображає проведену роботу за одиницю часу.
Збільшення крутного моменту та потужності можливо за допомогою двох способів:
- більший робочий об’єм;
- спалювання більшої кількості паливно-повітряної суміші;
Якщо просто, в першому випадку мова йде про фізичне збільшення камери згоряння і об’єму циліндрів. У другому мається на увазі примусова подача повітря в циліндри під тиском для спалювання більшої кількості палива.
Як правило, потужні двигуни з великим об’ємом атмосферні, тобто «засмоктують» зовнішнє повітря в циліндри самостійно завдяки виникає розрідження від руху поршнів. Потужні агрегати, при цьому володіють меншим обсягом, оснащуються механічними компресорами або турбонаддувом. У таких ДВС повітря нагнітається примусово, тобто надходить в камеру згорання під тиском.
Що в підсумку
Як видно, наведений вище матеріал дає загальне уявлення про те, які є двигуни внутрішнього згоряння. При цьому навіть з урахуванням загального принципу дії, силові агрегати можуть значно відрізнятися за такими показниками, як компонування, потужність, крутний момент, витрата пального і т. д.
Рекомендуємо також прочитати статтю про те, що таке двигун GDI. З цієї статті ви дізнаєтеся про особливості конструкції, принципи роботи,а також плюси і мінуси моторів даного типу.
Більш того, навіть двигуни, схожі по конструкції (наприклад, рядний чотирициліндровий мотор), можуть мати різну кількість впускних і випускних клапанів на один циліндр (наприклад, 8-й і 16-клапанні мотори).
На одних ДВС для отримання необхідної потужності використовується система зміни фаз газорозподілу в комплексі з турбонаддувом, тоді як на інших з точно таким же робочим об’ємом і компонуванням такі рішення відсутні.
З цієї причини для об’єктивної оцінки продуктивності того чи іншого двигуна на різних обертах, причому не на коленвалу, а на колесах, необхідно проводити спеціальні комплексні заміри на динамометрическом стенді.
