Характеристики двигателя — Энциклопедия журнала За рулем

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.

Ресурсная прочность

Ресурсная прочность – показатель, определяющий частоту проведения ТО. Измеряется пробегом. Оптимальное количество пройденных километров от 5000 до 30 000. Этот показатель дает возможность рассчитать максимальный срок эксплуатации силового агрегата.

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.

Компоновка поршневых двигателей

Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

Рядный двигатель V-образный двигатель

Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

Оппозитный двигатель VR-двигатель

Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

W-двигатель W-двигатель

W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

Процесс зажигания дизельного двигателя

Системы зажигания от сжатия, такие как дизельный двигатели и двигатели HCCI (с воспламенением от сжатия однородного заряда), полагаются исключительно на тепло и давление, создаваемые двигателем в процессе сжатия для воспламенения. Происходящая компрессия обычно более чем в три раза выше, чем у бензинового двигателя. Дизельные двигатели будут всасывать только воздух, и незадолго до пикового сжатия небольшое количество дизельного топлива распыляется в цилиндр через топливный инжектор, который позволяет топливу мгновенно воспламениться. Двигатели типа HCCI будут потреблять как воздух, так и топливо, но будут продолжать полагаться на процесс автоматического сгорания без посторонней помощи из-за более высоких давлений и тепла. Именно поэтому дизельные двигатели и двигатели HCCI также более подвержены проблемам с холодным запуском, хотя после запуска они будут работать так же хорошо в холодную погоду. Большинство дизелей также имеют аккумуляторы и системы зарядки, однако эта система является вторичной и добавляется производителями как роскошь для простоты запуска, включения и выключения топлива, что также может быть выполнено с помощью переключателя или механического устройства, а также для запуска вспомогательных электрических компонентов и аксессуаров. , Однако большинство современных дизелей полагаются на электрические системы, которые также контролируют процесс сгорания, чтобы повысить эффективность и уменьшить выбросы.

Бензиновые

Основная статья: Бензиновый двигатель

Бензиновые карбюраторные

Дополнительные сведения: Карбюратор

Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.

Бензиновые инжекторные

Дополнительные сведения: Инжекторная система подачи топлива

Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Существуют системы одноточечного (моновпрыск), и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно-рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных системах смесеобразование осуществляется с помощью электронного блока управления (ЭБУ), управляющего электрическими бензиновыми форсунками.

Инжектор

Инжекторный двигатель — это тип впрыскового устройства горючего в цилиндры двигателя. Инжекторный впрыск бывает моно и разделённым Данная система на сегодняшний день все больше совершенствуется, чтобы уменьшит выбросы СО2 в атмосферу. Для впрыска используются форсунки, которые ещё ранее начали использоваться на дизельных двигателях.

С переходом на данную систему транспортные средства стали оснащать электронными блоками управления двигателем, чтобы корректировать состав воздушно-топливной смеси, а также сигнализировать о неисправностях внутри системы.

Тип топлива

ДВС могут потреблять разные виды топлива, но в основном используются:

  • Бензин – продукт переработки нефти-сырца или вторичной перегонки нефтепродуктов. Основополагающим показателем является октановое число, которое указывается в цифрах. Буквенное сочетание, стоящее перед цифрами «АИ» означает: А – бензин автомобильный; И – октановое число определено исследовательским способом. Если этой буквы в маркировки нет, значит, октановое число выведено моторным методом. Российские стандарты предусматривают такие марки бензина: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее востребованными в настоящее время являются марки с октановым числом 92,95,98;
  • Дизель или дизельное топливо – получается путем промышленного перегона нефти. В его состав входят 2 вещества: 1. Цетан – легковоспламеняющийся компонент, чем его содержание больше, тем выше качество топлива; 2. Метилнафталин – не горючий компонент. Основополагающими характеристиками дизеля являются: прокачиваемость и воспламеняемость. В зависимости от спецификации подразделяется на: летнее, зимнее, арктическое (ориентировано на использование при экстремально низких температурах).

Также ДВС в качестве топлива может использовать газы: метан, пропан, бутан. Для этого на автомобиль устанавливаются специальные системы.

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.

Количество цилиндров двигателя

Количество цилиндров в ДВС определяют его мощность. В процессе технической и технологической эволюции их количество постепенно увеличилось с 1 до 16. С увеличением количества цилиндров сами агрегаты становились больше. Решением в части экономии пространства стала концепция расположения цилиндров.

Мощность мотора

Бензиновые двигатели мощнее, чем дизельные. Стоит посмотреть объявления о продаже подержанных авто или зайти на официальные сайты автоконцернов, чтобы убедиться в этом. Например, Mercedes-Benz в одной из моделей предлагает потребителям два типа двигателя:

  • бензиновый с 136 лошадиными силами;
  • дизельный с 75 лошадиными силами.

При этом мощность — не главный определяющий параметр качества при сравнении. Она косвенно влияет на характеристики самого автомобиля, но в большинстве случаев служит абстрактной цифрой. Например, оба двигателя в моделях Mercedes-Benz способны легко развивать скорость до 120 км/ч, не оказывая негативного воздействия на ходовую часть.

Бензиновый двигатель мощнее. Но преимущество нивелируется серьезным недостатком — неровной тягой. Дизель, несмотря на невысокую мощность, радует автовладельцев идеально ровной тягой на любых оборотах — малых и больших. Поэтому, если важен ровный ход, не раздумывайте, что лучше — бензин или дизель. Выбирайте второй вариант.

Характеристики двигателей

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

Расположение цилиндров

Существует такое понятие, как конфигурация двигателя, она определяется компоновкой цилиндров, их расположением. Можно выделить 2 основных типа – рядный, когда цилиндры расположены в ряд и V-образный. Второй тип наиболее часто используется в современном автопроме. В этом случае цилиндры располагаются под углом и соединяются с коленчатым валом, образуя латинскую букву V. Такая компоновка имеет подвиды:

  • W-образное расположение цилиндров;
  • Y-образное расположение цилиндров.

Реже применяются компоновки, образующие форму латинских букв U и H.

Объем двигателя

Рабочий объем ДВС определяет его мощность. Этот параметр измеряется в см3, но чаще в литрах. Он определяется путем суммирования внутреннего объема всех цилиндров силового агрегата. За основу в вычислениях берется поперечное сечение цилиндра и умножается на длину хода по нему поршня. В результате получается рабочий объем. Параметр также определяет во многих странах мира сумму сборов. Соответственно чем больше объем, тем мощнее двигатель, а значит, его владелец заплатит больший взнос. Перспективным направлением разработок современности являются ДВС с изменяемым объемом. Это технология, когда при определенных условиях цилиндры отключаются.

Электрические моторы

Николас Тесла впервые предложил использовать для автомобилей электроэнергию. Электрические моторы на сегодняшний день не распространены, поскольку заряда батареи хватает только до 200 км пути, а заправочных станций, которые могут предоставить услугу зарядки автомобиля — практически нет.

Известная мировая компания, производитель электрических автомобилей «Тесла» продолжает совершенствовать электродвигатели, и каждый год дарит потребителям новинки, которые имеют больший запас хода без дозарядки.

Эксплуатация зимой

В северных регионах страны особое внимание уделяется возможностям транспортного средства при эксплуатации в холодное время года, когда столбик термометра опускается ниже 0. В этом случае бензиновый двигатель лучше — он устойчив к низким температурам. Сегодня есть зимние виды бензина, но многие продолжают пользоваться обычным летним топливом, и это не влияет на скорость движения, долговечность запасных частей и другие параметры.

Дизельные двигатели восприимчивы к резким скачкам температуры воздуха или сильным морозам. Но их восприимчивость можно устранить, спокойно эксплуатировать машину с дизелем даже в мороз -30 градусов Цельсия. Этого легко достигнуть за счет заправки специальными зимними или арктическими видами топлива. Они не густеют при экстремальной температуре воздуха, работают так же эффективно. Улучшить работу дизельного двигателя можно еще за счет установки современной системы обогрева в автомобиль.

Дизель восприимчив к морозам, но не боится влаги, конденсата, воды. Это обусловлено тем, что электроэнергия требуется только для запуска агрегата — в работе электричество не нужно. Поэтому дизель часто устанавливают на внедорожники, которые могут двигаться почти в любых экстремальных условиях, в том числе и по воде.

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.