Как работает двигатель внутреннего сгорания

Газодизельные

Основная статья: Газодизельный двигатель

Основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

Классификация двигателей

Конструкция ДВС постоянно совершенствуется. Разработчики внедряют новые идеи, а появление более совершенных материалов открывает дополнительные возможности. С учетом этих особенностей, разработано множество разновидностей двигателей, с классификацией их по конструктивному исполнению.

В зависимости от характеристики рабочего цикла, ДВС могут быть:

  • двухтактными;
  • четырехтактными.

Особенности работы и различия таких моторов рассматривались выше.

Исходя из типа конструктивного устройства, моторы делят на две такие группы:

  • поршневую – наиболее распространенная разновидность, привычная для большинства автовладельцев, в которой агрегат состоит из коленвала и поршней, двигающихся в цилиндрах;
  • роторно-поршневого – принцип работы которого изобретен Ванкелем.

В двигателе Ванкеля, вместо привычных поршней применяется трехгранный ротор, разделяющий цилиндрическую камеру сгорания на три отсека, с цикличными процессами для каждого из них.

Роторно-поршневой агрегат не слишком распространен

Роторно-поршневой агрегат не слишком распространен. Такие моторы устанавливали на некоторых моделях автомобилей. Но недостаточная эффективность конструкции привела к тому, что от этой идеи впоследствии отказались

Двигатели делят по количеству цилиндров. Общее их число может изменяться от 1 до 16. Но в наиболее распространенных силовых установках используется от 3 до 8 цилиндров. Чем большее количество цилиндров содержит двигатель, тем выше его мощность. Но одновременно приходится решать дополнительные задачи по охлаждению, распределению топлива и пр.

Чаще применяются моторы с четным числом камер сгорания, чтобы сбалансировать и уравновесить работу агрегата. Однако на некоторых моделях автомобилей Ford установлены уникальные трехцилиндровые двигатели.

Цилиндры в двигателях компонуются в различном порядке. Рядное расположение – наиболее простое в отношении обслуживания, но не самое выгодное с точки зрения общей компоновки агрегата.

Исходя из порядка расположения цилиндров, выделяют двигатели с таким их размещением:

    • рядным – когда цилиндры установлены в ряд и соединены с общим коленчатым валом;
  • V-образным – с размещением цилиндров в двух плоскостях, под взаимным углом от 45 до 90 градусов; коленчатый вал остается единым;VR-образным – разновидность предыдущего устройства
  • VR-образным – разновидность предыдущего устройства, при небольшом угле группы цилиндров (в пределах от 10 до 20 градусов);W-образным – когда количество плоскостей цилиндров
  • W-образным – когда количество плоскостей цилиндров может быть 3 или четыре, при одном коленчатом вале;U-образным – компоновка единого силового агрегата
  • U-образным – компоновка единого силового агрегата из двух рядных блоков, объединенных общей системой охлаждения и подачи топлива, с двумя отдельными коленчатыми валами;оппозитным – когда от одного коленвала работает дв
  • оппозитным – когда от одного коленвала работает две группы поршней, направленных противоположно;встречным – особый тип конструкции, когда в каждом
  • встречным – особый тип конструкции, когда в каждом из цилиндров работает по паре поршней, двигающихся в противоположных направлениях; конструктивно такой мотор представляет собой единую цилиндро-поршневую группу при двух коленчатых валах;радиальным – если группа поршней приводится из одн
  • радиальным – если группа поршней приводится из одной точки общего коленвала, с шатунами, расходящимися по направлениям радиуса.

В автомобильной технике наибольшее распространение получили различные разновидности V-образной конструкции, включая сходные с ней типы устройства. Радиальные моторы используются на самолетах. Остальные виды силовых установок применяются ограниченно.

С учетом типа топлива, различают двигатели внутреннего сгорания:

  • бензиновые – с применением бензина, воспламеняемого искрой от свечей и катушек зажигания, синхронизированных с вращением коленчатого вала; такие моторы развивают наибольшую скорость;
  • дизельные – в таких моторах топливо-воздушная смесь воспламеняется самопроизвольно, при достижении показателя давления критической отметки; свечи зажигания здесь отсутствуют, но используют прямой впрыск, при подаче горючего под большим давлением, учитывая характеристики среды в камере сжатия; отличаются большой мощностью, при ограниченной скорости; преимущественно устанавливают на тяжелую технику;
  • газовые – работают на сжиженном газе, что обходится дешевле бензина; предполагают более высокие температуры, что требует определенных конструктивных решений и особых сортов смазочной жидкости;
  • гибридные – совмещают применение двигателя внутреннего сгорания с электрической установкой; в обычных условиях задействован электродвигатель, ДВС используется для подзарядки аккумуляторных батарей или при возрастающей нагрузке на силовую установку;
  • водородные – применяют относительно недавно, по причине повышенной опасности, требующей соответствующих конструктивных решений; при разложении воды на водород и кислород методом электролиза, высок риск нестабильного состояния среды, с опасностью взрыва; не так давно изобрели новый способ – с раздельным поступлением этих газов; кислород забирается из воздуха, а водородом наполняют баки, помещенные на машине; в итоге процесс работы обратен электролизу, с выработкой электроэнергии и образованием воды от соединения элементов при работе.

Наибольшее распространение получили бензиновые двигатели. Но за новыми гибридными и водородными установками, по мнению большинства ученых и конструкторов, будущее развития техники. Эти двигатели все более совершенствуются, но насколько их использование окажется эффективным – покажет время.

Газораспределительный механизм управляет работой двигателя, открывая и закрывая клапаны для впрыска топливо-воздушной смеси. Клапаны работают от распределительного вала, приводимого в движение коленвалом за счет цепи или ремня.

Компоновка мотора может предусматривать один распредвал при рядном размещении цилиндров, или несколько (от двух до четырех) – при V-образном.

По мере развития техники, традиционную механическую систему впрыска сменила электронная, где момент открытия клапана определяет компьютерный блок. В связи с этим используются адаптивные и пневматические модули, прибавляющие до 30 процентов эффективности в мощностных показателях двигателей.

Моторы делят по принципу подачи воздуха в камеры сгорания. Различают такие силовые установки:

  • атмосферные – традиционный ДВС, где воздух закачивается в камеру цилиндров поршнем;
  • турбинные – при использовании дополнительной подкачки.

Турбокомпрессор использует энергию выхлопных газов

Турбокомпрессор использует энергию выхлопных газов, с вращением турбины, дополнительно нагнетающей воздух, принудительным способом.

Преимущества моторов с турбонаддувом в возрастании мощности за счет увеличения притока воздуха. Недостатки – в излишнем усложнении конструктивного устройства.

Принцип работы

В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза – вверх и вниз одинаково по два.

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

  1. Первый такт – поршень при движении вниз втягивает топливную смесь. При этом клапан впуска находится в открытом виде.
  2. После достижения поршнем нижнего уровня, он двигается вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы двигателя внутреннего сгорания, является вторым по счету. Клапаны, при этом, находятся в закрытом виде, и чем плотнее, тем качественнее происходит сжатие.
  3. В третий такт включается система зажигания, так как здесь происходит воспламенение топливной смеси. В назначении работы двигателя он называется «рабочим», так как при этом начинается процесс привода в работу агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает движение вниз. Как и во втором такте, клапаны находятся в закрытом состоянии.
  4. Завершающий такт – четвертый, выпускной, который дает понять, что такое завершение полного цикла. Поршень через выпускной клапан избавляется от отработавших газов цилиндра. Затем все циклически повторяется снова, понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, можно представив цикличность работы часов.

Тип топлива

Следует помнить и об октановом числе топлива, которое используют двигатели внутреннего сгорания разных типов.

Чем выше октановое число топлива – тем больше степень сжатия, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Но существуют и такие двигатели, для которых увеличение октанового числа выше положенного заводом изготовителем, приведет к преждевременной поломке. Это может произойти путем прогорания поршней, разрушения колец, закопченности камер сгорания.

Заводом предусмотрено свое минимальное и максимальное октановое число, которое требует двигатель внутреннего сгорания.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

  • Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
  • карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;

Более детально узнать о назначении, устройстве и принципе работы карбюратора, вы можете здесь: Карбюратор: устройство и принцип работы  
  • инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.
  • Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

    Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

    Виды двигателей

    • Бензиновые моторы карбюраторного типа работают от топлива, смешанного с воздухом. Смесь эта предварительно подготавливается в карбюраторе, далее поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется искрой от свечи зажигания.
    • Инжекторные двигатели отличаются тем, что смесь подается напрямую от форсунок во впускной коллектор. У этого вида имеются две системы впрыска – моновпрыск и распределенный впрыск.
    • В дизельном моторе воспламенение происходит без свечей зажигания. В цилиндре данной системы находится воздух, разогретый до температуры, которая превышает температуру воспламенения топлива. В этот воздух через форсунку подается топливо, и вся смесь воспламеняется по образу факела.
    • Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливом может являться как природный газ, так и углеводородный. Газ поступает в редуктор, где давление его стабилизируется в рабочее. Затем попадает в смеситель, а в итоге воспламеняется в цилиндре.
    • Газодизельные ДВС работают по принципу газовых, только в отличие от них, смесь воспламеняется не свечой, а дизельным топливом, впрыск которого происходит также, как и у обычного дизельного мотора.
    • Роторно-поршневые типы двигателей внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере, имеющей форму восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно усвоить, что в данном случае ротор выполняет роль поршня, ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует. При одном обороте происходит сразу три рабочих цикла, что сравнимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.

    Устройство ДВС

    Устройство двигателя внутреннего сгорания логично рассматривать с поршня, так как он является основным элементом работы. Он представляет собой своеобразный «стакан» с пустой полостью внутри.

    Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Отвечают эти самые кольца за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (компрессионное), а так же за то, чтобы масло не попадало в пространство над самим поршнем (маслосъемное).

    Порядок работы

    • При попадании внутрь цилиндра топливной смеси, поршень проходит четыре вышеописанных такта, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
    • Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закреплена на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленвала фиксирует шатун. Поршень, при движении, вращает коленвал и последний, в свое время, передает крутящий момент системе трансмиссии, оттуда на систему шестерен и далее к ведущим колесам. В устройстве двигателей автомобилей с задним приводом посредником до колес выступает еще и карданный вал.

    Конструкция ДВС

    Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива, а так же за выпуск газов.

    Механизм ГРМ состоит из верхнеклапанного и нижнеклапанного, может быть двух видов – ременной или цепной.

    Шатун чаще всего изготавливается из стали путем штамповки или ковки. Есть виды шатунов, изготовленные из титана. Шатун передает усилия поршня коленвалу.

    Коленвал из чугуна или из стали представляет собой набор коренных и шатунных шеек. Внутри этих шеек есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

    Принцип работы кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленвала.

    Головка блока цилиндров (ГБЦ), большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных сплавов алюминия. В ГБЦ находятся камеры сгорания, каналы впуска – выпуска, отверстия свечей. Между блоком цилиндров и ГБЦ находится прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

    В систему смазки, которую включает в себя двигатель внутреннего сгорания, входит поддон картера, маслозаборник, маслонасос, масляный фильтр и масляный радиатор. Все это соединено каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за уменьшения трения между деталями мотора, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, увеличивает ресурс ДВС.

    Устройство двигателя, в зависимости от его вида, типа, страны изготовителя, может быть чем-либо дополнено или, напротив, могут отсутствовать какие-то элементы ввиду устаревания отдельных моделей, но общее устройство двигателя остается неизменным так же, как и стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

    Дополнительные агрегаты

    Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

    Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.

    Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.

    Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.

    Характеристики двигателя

    Такты рабочего циклаБензиновый двигательДизельный двигатель
    ВпускТопливо-воздушная смесь, количество в зависимости от требуемой мощностиВоздух, количество не зависит от мощности
    СжатиеТопливо-воздушная смесь, степень сжатия 7 – 12Воздух, степень сжатия 14 – 24, в конце такта сжатия происходит впрыск топлива
    Давление сжатия: до 18 барДавление сжатия: 30 – 55 бар
    Нагрев топливо-воздушной смеси: 400 – 500 °CНагрев воздуха: 600 – 900 °C
    Сгорание (рабочий ход)Воспламенение от искры (принудительное воспламенение)Самовоспламенение впрыснутого топлива за счет высокой температуры
    Максимальное давление: 30 – 60 барМаксимальное давление:160 бар
    Температура в камере сгорания 2000 – 2500 °CТемпература в камере сгорания 1400 – 2000 °C
    ВыпускТемпература отработавших газов: 900 °C на холостом ходу; 700 – 1000 °C при полной нагрузкеТемпература отработавших газов: 250 °C на холостом ходу; 550 – 750 °C при полной нагрузке

    Плюсы и минусы

    Двигатели внутреннего сгорания имеют немало достоинств:

    • удобство и простота использования;
    • доступность топлива;
    • быстрая заправка;
    • долговечность;
    • сохранение работоспособности даже после нескольких ТО.

    К тому же для многих автовладельцев звук мотора является лучшей музыкой. Зная это, производители настраивают их особым образом.

    Но и минусы у агрегатов существуют:

    • более низкий коэффициент полезного действия по сравнению с электрическими моделями;
    • сложность системы.

    Современные модели уже невозможно починить и обслуживать самостоятельно в гараже. Но чем сложнее конструкция, тем больше слабых мест в ней остается. А значит ТО придется проходить все чаще и чаще.

    Требует упоминания и экологический аспект. Многие европейские города задыхаются от бензинового смога и не видят солнечного света. Поэтому требования к экологической безопасности регулярно ужесточаются.

    Двигатели внутреннего сгорания с течением времени не теряют своих позиций. Несмотря на то, что инженеры и изобретатели бьются над созданием принципиально новых моторов, этот вопрос до сих пор не решен. А значит в ближайшие годы человечество будет пользоваться все теми же привычными, надежными и удобными агрегатами.

    Принцип работы двигателя

    Во всех ДВС, какой бы конструкции они ни были, используется один и тот же принцип работы. Это преобразование энергии теплового расширения при сгорании топлива сначала в прямолинейное, а затем во вращательное движение.
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.
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.

    Самые распространенные виды двигателей

    Существует три разновидности ДВС: поршневой, роторно-поршневой силовой агрегат системы Ванкеля и газотурбинный. За редким исключением на современные авто устанавливаются четырехтактные поршневые моторы. Причина кроется в низкой цене, компактности, малом весе, многотопливности и возможности установки практически на любые транспортные средства. 
Сам по себе двигатель автомобиля – это механизм, преобразующий тепловую энергию горящего топлива в механическую, работу которого обеспечивает множество систем, узлов и агрегатов. Поршневые ДВС бывают двух- и четырехтактными. Понять принцип работы двигателя автомобиля проще всего на примере четырехтактного одноцилиндрового силового агрегата.

    Четырехтактным мотор называется потому, что один рабочий цикл состоит из четырех движений поршня (тактов) или двух оборотов коленчатого вала:

    • впуск;
    • сжатие;
    • рабочий ход;
    • выпуск.

    Конструктивные особенности

    ДВС – сложный технический агрегат, содержащий ряд систем и механизмов. В кон. 20 в. в основном  осуществлён переход от карбюраторных систем питания ДВС к инжекторным, при этом повышаются равномерность распределения и точность дозировки топлива по цилиндрам и появляется возможность (в зависимости от режима) более гибко управлять образованием топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Это позволяет повысить мощность и экономичность двигателя.

    Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления). Корпус ДВС образуют неподвижные (блок цилиндров, картер, головка блока цилиндров) и подвижные узлы и детали, которые объединены в группы: поршневую (поршень, палец, компрессионные и маслосъёмные кольца), шатунную, коленчатого вала. Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система зажигания ДсИЗ предназначена для воспламенения искрой рабочей смеси с помощью свечи зажигания в строго определённые моменты времени в каждом цилиндре в зависимости от режима работы двигателя. Система пуска (стартер) служит для предварительной раскрутки вала ДВС с целью надёжного воспламенения топлива. Система воздухопитания обеспечивает очистку воздуха и снижение шума впуска при минимальных  гидравлических потерях. При наддуве в неё включаются один или два компрессора и при необходимости охладитель воздуха. Система выпуска осуществляет вывод отработавших газов. Газораспределение обеспечивает своевременный впуск свежего заряда смеси в цилиндры и выпуск отработавших газов. Система смазки служит для снижения потерь на трение и уменьшения износа подвижных элементов, а иногда для охлаждения поршней. Система охлаждения поддерживает требуемый тепловой режим работы ДВС; бывает жидкостной или воздушной. Система управления предназначена для согласования работы всех элементов ДВС с целью обеспечения его высокой работоспособности, малого расхода топлива, требуемых экологических показателей (токсичности и шума) на всех режимах работы при различных условиях эксплуатации с заданной надёжностью.

    Недостатками ДВС являются: ограниченная по сравнению, например, с паровыми турбинами агрегатная мощность; высокий уровень шума; относительно большая частота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность непосредственного соединения его с ведущими колёсами потребителя; токсичность выхлопных газов. Основная конструктивная особенность двигателя – возвратно-поступательное движение поршня, ограничивающее частоту вращения, является причиной возникновения неуравновешенных сил инерции и моментов от них.

    Совершенствование ДВС направлено на увеличение их мощности, экономичности, уменьшение массы и габаритов, соответствие экологическим требованиям (снижение токсичности и шума), обеспечение надёжности при приемлемом соотношении цены и качества. Очевидно, что ДВС недостаточно экономичен и, по сути, имеет невысокий кпд. Несмотря на все технологические ухищрения и «умную» электронику, кпд современных бензиновых двигателей ок.  30%. Самые экономичные дизельные ДВС имеют кпд 50%, т. е. даже они половину топлива выбрасывают в виде вредных веществ в атмосферу. Однако последние разработки показывают, что ДВС можно сделать по-настоящему эффективным. В компании «EcoMotors International» переработали конструкцию ДВС, который сохранил поршни, шатуны, коленвал и маховик, однако новый двигатель на 15-20% эффективнее, кроме того намного легче и дешевле в производстве. При этом двигатель может работать на нескольких видах топлива, включая бензин, дизель и этанол. Это получилось благодаря оппозитной конструкции двигателя, в которой камеру сгорания образуют два поршня, двигающихся навстречу друг другу. При этом двигатель двухтактный и состоит из двух модулей по 4 поршня в каждом, соединённых специальной муфтой с электронным управлением. Двигателем полностью управляет электроника, благодаря чему удалось добиться высокого кпд и минимального расхода топлива.

    Мотор оснащён управляемым электроникой турбокомпрессором, который утилизирует энергию выхлопных газов и вырабатывает электроэнергию. В целом двигатель имеет простую конструкцию, в которой на 50% меньше деталей, чем в обычном моторе. У него нет блока головки цилиндров, он сделан из обычных материалов. Двигатель очень лёгкий: на 1 кг веса он выдаёт мощность больше 1 л. с. (более 0,735 кВт). Опытный двигатель EcoMotors EM100 при размерах 57,9 х 104,9 х 47 см весит 134 кг и выдаёт мощность 325 л. с. (около 239 кВт) при 3500 оборотах в минуту (на дизтопливе), диаметр цилиндров 100 мм. Расход топлива у пятиместного автомобиля с мотором EcoMotors планируется чрезвычайно низкий – на уровне 3–4 л на 100 км.

    Рис. 3. ДВС компании «Grail Engine Technologies» 

    Компания «Grail Engine Technologies» разработала уникальный двухтактный двигатель с высокими характеристиками. Так, при потреблении 3–4 л в на 100 км, двигатель выдаёт мощность 200 л. с. (ок. 147 кВт). Мотор с мощностью 100 л. с. весит менее 20 кг, а мощностью 5 л. с. – всего 11 кг. При этом ДВС «Grail Engine» соответствуют самым жёстким экологическим стандартам. Сам двигатель состоит из простых деталей, в основном изготавливаемых способом отливки (рис. 3). Такие характеристики связаны со схемой работы «Grail Engine». Во время движения поршня вверх внизу создаётся отрицательное давления воздуха и через специальный углепластиковый клапан воздух проникает в камеру сгорания. В определённой точке движения поршня начинает подаваться топливо, затем в верхней мёртвой точке с помощью трёх обычных электросвечей происходит зажигание топливно-воздушной смеси, клапан в поршне закрывается. Поршень идёт вниз, цилиндр заполняется выхлопными газами. По достижении нижней мёртвой точки поршень опять начинает движение вверх, поток воздуха вентилирует камеру сгорания, выталкивая выхлопные газы, цикл работы повторяется.