Классификация бензиновых двигателей
Карбюраторный двигатель
Карбюраторный двигатель является наиболее ранней разработкой, имеет отличительные особенности касательно процесса смесеобразования. Необходимая топливно-воздушная смесь готовится именно в карбюраторе. Данное устройство использует аэродинамическую силу, а горючее смешивается в нем с воздушным потоком, который и засасывается двигателем в цилиндры. Далее происходит сжатие и возгорание при помощи электрической искры, полученной в результате работы системы зажигания. Двигатели, на которых установлен карбюратор, полностью вытеснены с рынка новых авто более современными в плане экономичности и функциональности конструкциями.С инжекторным впрыском
Указанный тип бензиновых ДВС стоит дополнительно разделить на:- двигатели, отличающиеся впрыском бензина во впускной коллектор;
- агрегаты, которые имеют непосредственный прямой впрыск в камеру сгорания;
Системы впрыска
Системы впрыска на раннем этапе были почти полностью механическими. В таких системах топливо дозировалось особым плунжерно-рычажным механизмом с возможностью корректировать состав смеси при помощи электроники. Сам впрыск был одноточечным. Конструкция получила название моновпрыска или моноинжектора. Последующее развитие привело к появлению распределённого впрыска, который является многоточечным. Управление процессом смесеобразования возложено на электронный блок управления. В таких электронных системах смесеобразования ЭБУ управляет электрическими бензиновыми вентилями и опирается в своей работе на показания многочисленных электронных датчиков. Подробнее о системах впрыска и смесеобразования читайте в соответствующих разделах сайта, посвященным неисправностям ДВС и дополнительном навесном оборудовании.Устройство бензинового ДВС
Как Вы уже убедились, конструкция бензиновых моторов в частных случаях может существенно различаться по своей сложности. Двигатели бывают двух и четырехтактными, могут иметь один цилиндр или быть многоцилиндровыми, демонстрируют отличия в системе смазки, охлаждения, смесеобразования и т.д. Объединяет же их между собой единая и общая принципиальная схема устройства.
Далее мы будем рассматривать наиболее распространенный на современных автомобилях вариант инжекторного бензинового ДВС.
Силовой агрегат состоит из нескольких основных составляющих элементов:
- блок цилиндров;
- поршни и коленвал;
- головка блока цилиндров;
- распредвал;
- навесное оборудование;
- Блок цилиндров является самой большой частью мотора, представляя собой его основу. Для изготовления блока цилиндров используется как более доступный чугун, так и дорогостоящий алюминий. Второй вариант позволяет сделать блок более легким, а полный прогрев такого мотора и выход на рабочую температуру получается быстрее. Нижняя часть блока цилиндров именуется картером, закрыта блоком коренных крышек и поддоном с маслом для смазки, а верхняя часть занята головкой блока цилиндров и клапанной крышкой.
- Рабочие отверстия в блоке называются цилиндрами. Наиболее распространены варианты автомобильных блоков на 4 цилиндра, но можно встретить также конструкции от 3-х до 12-и. На этом предел количества цилиндров не наступает, но их число больше 12-и присутствует исключительно на эксклюзивных авто и суперкарах. Блок цилиндров может быть расположен в подкапотном пространстве как продольно, так и поперечно. Для ДВС с большим количеством цилиндров широко применима V-образная конструкция.
- В каждом цилиндре находится поршень. Главной задачей поршня является перемещение в цилиндре с огромной скоростью вверх и вниз, что обуславливает его филигранную подгонку, развесовку и точные размеры. Поршень движется в цилиндре за счет той энергии, которая высвобождается в процессе сгорания смеси топлива и воздуха. При этом выделяется значительное количество энергии, которая заключена в виде теплового расширения разогретых в камере сгорания газов. Давление под поршнем равно обычному атмосферному, а компрессия в рабочей камере в момент воспламенения смеси намного превышает его. Под действием разницы таких давлений поршень совершает движение и передает энергию через шатун и палец на коленчатый вал.
- Поршни имеют особые юбки, на которых имеются канавки. В этих канавках установлено уплотнительное компрессионное и маслосъемное поршневое кольцо. Такие кольца изготавливают из чугуна высокой прочности. Для повышения сопротивляемости износу кольца покрывают легким слоем пористого хрома. Компрессионное кольцо удерживает газы в цилиндре над поршнем и не позволяет им попасть под поршень, а маслосъемное кольцо не дает маслу из системы смазки проникнуть в камеру сгорания.
Кривошипно-шатунный механизм
Сам поршень крепят к шатуну, а шатун закреплен на коленчатом валу. Указанный шатун таким образом выступает соединителем коленчатого вала и поршня. Вращение шатуна представляется двухсторонним. Это позволяет изменить его угол зависимо от местоположения поршня. Зачастую шатуны изготавливают из стали, но иногда они бывают и алюминиевыми.
Такая конструкция называется кривошипно-шатунный механизм, а его задачей является преобразование прямолинейного возвратно-поступательного движение поршня в радиальное движение коленчатого вала. Соединения в кривошипно-шатунном механизме скользящего типа. Это говорит о том, что нет жесткого крепления деталей. Они свободно вращаются относительно друг друга.
Коленчатый вал и маховик
Масляная система смазки защищает трущиеся детали мотора от перегрева и износа. В цилиндрах поочередно происходит процесс сгорания приготовленной системой смесеобразования порции горючей жидкости, создается давление на поршни, которые через шатуны вращают коленвал ДВС. К коленвалу жестко прикреплен маховик.Данная деталь используется для запуска двигателя, так как зубья стартера (стартер-электродвигатель постоянного тока с питанием от аккумулятора) зацепляются с зубчатым венцом маховика и таким образом начинается вращение коленвала. К маховику прикреплена корзина сцепления, через которую происходит передача крутящего момента от двигателя к коробке передач. После крутящий момент добирается до колес.
Система ГРМ бензинового двигателя
Газораспределительный механизм двигателя может состоять из одного или двух распределительных валов, привода, впускных и выпускных клапанов. Каждый клапан оборудован толкателем. Располагается данная конструкция в головке блока цилиндров.Главной задачей всего механизма ГРМ является подача в цилиндры топливно-воздушной смеси и вывод отработанных газов из цилиндров. Большинство современных двигателей оборудовано такой системой ГРМ, которая подает смесь только в те цилиндры, где в данный момент происходит такт впуска. Конструкция доведена до совершенства с внедрением распределенного впрыска и началом использования двух распределительных валов.
Схема работы инжекторного двигателя с распределенным впрыском
Группы впускных и выпускных клапанов закрываются и открываются в строго заданный момент. Впускные клапаны осуществляют впуск горючей смеси топлива и воздуха в камеру сгорания, а выпускные производят выпуск отработанных выхлопных газов. Обе группы клапанов закрыты тогда, когда происходит процесс горения топливной смеси.
Наиболее популярный в автоиндустрии ДВС принято называть четырехтактным благодаря тому, что поршень в процессе своего движения в цилиндре совершает указанные 4-е такта:
- впуск;
- сжатие;
- рабочий ход;
- выпуск;
Впуск
Поршень опускается вниз из ВМТ в НМТ. В этот момент кулачок распределительного вала нажимает на толкатель впускного клапана. Через открытое впускное отверстие горючая смесь попадает в цилиндр. Топливо впрыскивается топливной форсункой-инжектором перед клапаном и происходит смешение с воздухом. Открытый впускной клапан позволяет этой смеси буквально всасываться в цилиндр, так как поршень на такте впуска движется вниз. Закрытие впускного клапана происходит тогда, когда поршень добирается до НМТ.Сжатие
Поршень продолжает движение обратно из НМТ в ВМТ, сжимая при этом топливную смесь. Температура топливно-воздушной смеси от такого сжатия стремительно растет. Когда поршень дойдет до ВМТ, тогда искра от свечи зажигания осуществит воспламенение сжатой горючей смеси. Современные ДВС имеют на каждой свече индивидуальные катушки зажигания. Возможна как попарно-параллельная подача искры, так и реализация отдельной подачи в каждый цилиндр. Для равномерной работы поршневой группы искрообразование должно происходить только в строго определенный момент.Рабочий такт
Горючая смесь превращается в сильно расширенные горячие газы, толкающие поршень вниз. Впускной и выпускной клапаны в этот момент полностью закрыты.Такт выпуска
Коленчатый вал инерционно вращается после толчка поршня газами, а сам поршень идет из НМТ в ВМТ. В это самое время происходит открытие выпускного клапана. Движущийся вверх поршень попросту вытесняет выхлопные газы через выпускное отверстие клапана в систему выпуска. Достижение поршнем ВМТ становится моментом закрытия выпускного клапана. Стоит добавить, что если за открытие клапанов отвечает распредвал, то их закрытие осуществляется пружиной. Необязательным является и начало следующего такта сразу после предыдущего. В процессе работы ДВС имеет место одновременное открытие обоих клапанов, что принято называть перекрытием клапанов. Данный момент необходим для более эффективного наполнения цилиндра рабочей смесью, а также для улучшения вентиляции отработанных выхлопных газов в цилиндрах.Основные вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания
- запуск двигателя;
- зажигание;
- приготовление воздушно-топливной смеси
- впуск;
- выпуск выхлопных газов;
- охлаждение ДВС;
- смазка двигателя;
Преимущества и недостатки бензиновых двигателей
К ощутимым преимуществам ДВС на бензине можно смело отнести их приличную мощность на единицу объема, достаточно большой ресурс при своевременном обслуживании, качественных расходниках и ГСМ, простое устройство выхлопной системы. Вполне уместно также отметить низкий уровень вибраций и шума в процессе работы бензиновых агрегатов. Двигатели на бензине успешно функционируют на высоких оборотах и позволяют добиться выдающихся динамических показателей, способны поддерживать скоростную манеру езды.
В списке недостатков бензиновых моторов находится их КПД, значение которого застыло на низкой отметке в 30%. Современные двигатели крайне требовательны к качеству топливно-воздушной смеси. К минусам можно также причислить и плохую тягу на низких оборотах, а это заставляет подвергать бензиновый двигатель ударным нагрузкам при необходимости резкого ускорения на старте. Достаточно много претензий к бензиновым установкам поступает от экологов. Окись углерода в выхлопе ДВС пагубно воздействует на окружающую среду, а источник топлива для таких агрегатов является исчерпаемым ценным ресурсом.
Несколько слов о роторном двигателе
В данной статье мы просто не имели права пройти мимо столь интересной и выдающейся конструкции бензинового ДВС. Начнем с того, что роторный двигатель имеет ряд отличительных конструктивных технических особенностей, что делает особенно интересным его рассмотрение после детального изучения конструкции и принципов работы традиционного поршневого бензинового ДВС. Роторные двигатели внутреннего сгорания были спроектированы давно, но успешным появлением на свет обязаны человеку по имени Феликс Ванкель, который создал работающий образец ближе к середине 20-го века.Особенности роторного ДВС: устройство, плюсы и минусы
В двигателе конструкции Ванкеля отсутствуют классические цилиндры и поршни. Главным элементом является трехгранный ротор, похожий на треугольник. Указанный ротор вращается в особой камере-цилиндре, отдаленно напоминающей по своей форме цифру 8. Герметизацию рабочих камер обеспечивают радиальные и торцевые уплотнительные пластины, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газов и специальными пружинами ленточного типа.
Ротор исполняет одновременно функцию поршня, коленвала и газораспределительного механизма. Это означает, что больше нет никакой необходимости превращать возвратно поступательные движения во вращение, так как ротор уже изначально крутится. Кривошипно-шатунный механизм полностью исключен из данной конструкции, а двигатель способен успешно совершать уже знакомый 4-тактный цикл.
- Плюсами конструкции становится высокая удельная мощность, меньший вес, габариты и количество составных деталей, минимальная подверженность вибрациям. Установка такого мотора на авто позволяет добиться отличной управляемости и развесовки.
- К минусам относительно простой конструкции роторного двигателя относят несколько серьезных конструктивных сложностей, которые по сей день не позволяют отправить роторно-поршневой ДВС в широкие массы. Главным препятствием становится создание долговечных и надежных уплотнений между самим ротором и камерой. Множество проблем также связано с системой смазки роторного ДВС, склонностью роторного двигателя к перегреву, высоким расходом топлива и токсичностью.
