Строение двигателей Хабр

Классификация двигателей по типу

Принцип работы силового агрегата основывается на преобразования тепловой энергии в механическую. Повторяющиеся процессы в моторе являют собой рабочий цикл двигателя. Зависимо от того, сколько поршень делает ходов, двигатели делятся на четырехтактные и двухтактные. Двигатели внутреннего сгорания, которые применяются в машинах, работают по 4-тактному циклу. Сюда входит впуск топлива, рабочий ход (туда-назад) и выпуск отработанных газов.

В двухтактном моторе за один цикл происходит всего 2 хода поршня: рабочий ход и сжатие. Наполнение цилиндров и очистка происходит во время этих 2-х тактов. У двигателей этого типа есть существенные недостатки, например высокий уровень выброса выхлопных газов. Главный минус – это высокий расход топлива, из-за чего двухтактные двигатели не используются в современных автомобилях.

Неполадки двигателя

Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится… Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на «большой тройке». Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:   Плохая топливная смесь — Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:  

  • У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
  • У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
  • Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
  • Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.

  Недостаточная компрессия — Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:

  • Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
  • Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
  • В цилиндре имеются повреждения.

 Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки.   Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта   Отсутствие искры — Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:

  • При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
  • При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
  • Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.

Могут возникнуть и другие неполадки. Например:

  • Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
  • Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
  • Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
  • Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
  • Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
  • В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.

Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

Инжекторный тип двигателя

Ижекторный двигатель работает немного иначе: топливо подается в воздушную среду способом мелкого впрыска. Под давлением через форсунку распыляется горючая жидкость, что значительно снижает расход топлива, потому как количество дозируют специальные устройства. По этой причине инжекторные двигатели более экономичные, а оптимальная пропорция горючей смеси позволяет увеличить чистоту выхлопа и повысить КПД силового агрегата.

Инжекторные двигатели делятся на механические и электронные. В механическом двигателе устанавливается дозировка топлива с помощью рычагов, а в электронном силовом агрегате применяется специальная система управления дозировкой топлива. При использовании таких систем более тщательно перегорает топливо и снижаются вредные выбросы.

Основные элементы двигателя

Ниже на рисунке показана схема расположения элементов в цилиндре. В зависимости от модели двигателя, их может быть 4, 6, 8 и даже больше. На рисунке обозначены следующие элементы:
A – распределительный вал. B – крышка клапанов. C – выпускной клапан. Открывается строго в нужное время для того, чтобы отработанные газы выводились за пределы камеры сгорания. D – отверстие для выхода отработанных газов. E – головка блока цилиндра. F – пространство, заполняемое охлаждающей жидкостью. В процессе работы двигатель сильно нагревается, поэтому его необходимо остудить. Чаще всего для этого используется антифриз. G – корпус двигателя. H – маслосборник. I – поддон. J – свеча зажигания. Обеспечивает искру, необходимую для того, чтобы зажечь топливную смесь, находящуюся под давлением. K – впускной клапан. Открывается и запускает в камеру сгорания воздушно-топливную смесь. L – отверстие для впуска топливной смеси. M – сам поршень. Движется вверх-вниз в результате детонации топливной смеси, передавая механическую нагрузку на коленчатый вал. O – шатун. Соединительный элемент поршня и коленчатого вала. P – коленвал. Вращается в результате движения поршней. Передает усилия на колеса через трансмиссию автомобиля. Все эти элементы принимают участие в четырехтактном цикле. 

Роторнопоршневые ДВС

Роторно-поршневой силовой агрегат в автомобилестроении не нашёл широкого распространения, хотя можно встретить модели автомобилей, которые используют такой тип ДВС. Предложил создание такого мотора — конструктор Ванкель.

Движение осуществляется за счёт вращения трёхзубчатого ротора, который позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Данный мотор активно использовался в 80-е годы 20 ст.

Дизельные двигатели

Дизельный мотор — это вид двигателя, который расходует как горючее дизельное топливо. Основные системы и элементы движка идентичны бензиновому брату, различие состоит в системе впрыска и воспламенении смеси. В дизельном моторе отсутствуют свечи зажигания, поскольку воспламенение смеси от искры не нужно.

На моторах такого типа устанавливаются свечи накала, которые разогревают воздух в камере сгорания, который превышает температуру воспламенения. После этого через форсунки подаётся распылённое топливо, которое сгорает, чем создаёт достаточное давление для привода в движения поршня, который раскручивает коленчатый вал.

Дизель с турбонаддувом

Одним из подвидов дизельного ДВС считается турбодизель. На этом моторе установлена турбина, которая имеет вид улитки. При помощи турбины в мотор подаётся больше количество сжатого воздуха, который даёт больше детонационный эффект, за счёт чего движок можно быстрее разогнать.

Гибридный двигатель: силовая установка автомобилей Hybrid Technology

За исключением редких концептов, вроде свободнопоршневых, это обычные бензиновые движки (дизельные – в этом плане практически не применяются), которые лишены привычной коробки передач и «крутят», в основном, электрогенератор, питающий емкую аккумуляторную батарею. Аккумулятор, в свою очередь, питает большой, тяговый электродвигатель, сообщающий крутящий момент на колеса. В зависимости от нагрузки и уровня заряда батареи, обычный мотор — отключается, либо подключается автоматикой к общей трансмиссии машины, через вариатор.


Гибридный двигатель BMW

Классификация двигателей по различным основаниям

Различные критерии, дают возможность сгруппировать типы моторов.

1. Применение мотора:

  • моторы, относящиеся к стационарному типу, используются на электрических станциях малой и средней мощности, для обеспечения работоспособности насосов, а также распространены в сельскохозяйственных агрегатах;
  • как видно из названия транспортные силовые установки, нашли своё применение в различных наземных, воздушных, а также водных транспортах.

2. По виду применяемой топливной смеси:

  • лёгкие виды горючего (бензиновые, бензольные, керосиновые, лигроиновые, спиртовые);
  • тяжёлые виды горючего;
  • газовые силовые установки (генераторные, природные газы);
  • смешанные виды горючего; первичное горючее — газ, для старта мотора применяют жидкое горючее;
  • использующие разное горючее.

3. По типу преобразования энергии:

3. По типу преобразования энергии:

  • поршневые моторы;
  • газотурбинные установки;
  • моторы комбинированного типа.

4. По типу образования смеси:

  • внешнее образование смеси; 
  • внутреннее образование смеси.

5. По типу воспламенения топливной смеси:

  • моторы с искровым воспламенением;
  • установки с воспламенением от давления;
  • устройства с форкамерно — факельным воспламенением;
  • моторы с газожидкостным воспламенением.

6. В зависимости от конструкции выделяют:

6. В зависимости от конструкции выделяют:

  • моторы поршневого типа, они подразделяются на: вертикальные; горизонтальные; V-образные; звездообразные; противолежащими цилиндрами.
  • моторы роторно-поршневого типа, делятся на: а. двигатели в которых ротор планетарно движется внутри корпуса. Во время движения, между ротором и корпусными стенками возникают камеры с переменным объёмом, внутри этих камер происходит цикл. Это наиболее распространённая схема; б. моторы в которых вместо ротора планетарно движется корпус, а сам ротор остаётся неподвижным; в. установки, в которых корпус и ротор вращательно движутся — бироторные двигатели.

7. По типу охлаждения выделяют:

  • с жидкостной охладительной системой;
  • с воздушной охладительной системой.

Паровая машина

Первым представителем полноценного двигателя внутреннего сгорания следует считать паровую машину, которая устанавливалась на все транспортные средства 19 века, до момента изобретения остальных видов моторов.

На то время паровыми движками оснащались паровозы, автомобили и даже примитивные трёхколёсные самоходные машины (напоминающие мотоциклы). Изобретение такого класса завоевало весь мир, но к концу 19 — начало 20 века стало неэффективное, поскольку транспортные средства на пару не могли развивать достаточно большую скорость.

Газовый двигатель

Газовые двигатели на сегодняшний день в автоиндустрии в чистом виде почти не используются, поскольку частые поломки моторов, стали причиной полного отказа от них. Вместо этого, газовые установки зачастую можно встретить на бензиновых автомобилях, что значительно экономит расход денег на горючее.

Газ с баллона подаётся на редуктор, который распределяет топливо по цилиндрам, а затем горючее попадает непосредственно в камеры сгорания. После этого с помощью свечей зажигания газ воспламеняется. Единственным недостатком использования газовой установки считается то, что мотор теряет 20% своего потенциального ресурса.

Типы ДВС: Рядный, V образный и оппозитный двигатель. Какой лучше?

В мире существует большое количество видов моторов не только по виду горючей смеси, но и по типу расположения цилиндров. Ниже приведен перечень самых популярных типов двигателей.

Рядный двигатель

Рядные ДВС считаются классическими, так как именно

Рядные ДВС считаются классическими, так как именно такой тип был применён впервые в ДВС. Соответственно названию, цилиндры расположены в ряд, и приводят в движение 1 коленчатый вал. Также ГБЦ одна для всех камер сгорания. Количество цилиндров может колебаться от одного до десяти. На практике десятицилиндровые ДВС оказались очень сложными при производстве, поэтому наибольшее распространение получили следующие:

  • Одноцилиндровые
  • Двухцилиндровые
  • Четырехцилиндровые
  • Шестицилиндровые

К достоинствам рядных типов двигателя можно отнести простоту в обслуживании и малые габариты. Такие моторы не идеально сбалансированы, однако это не мешает им пользоваться огромной популярностью у производителей и автолюбителей.

V образный двигатель


Данный тип ДВС ничем не отличается от рядной четвёрки кроме расположения цилиндров. У V образного двигателя цилиндры находятся друг напротив друга, из-за чего конструктивно он гораздо сложнее рядного. Здесь две ГБЦ, другая конструкция ГРМ и подача бензина или дизеля. Также, очень большую роль играет угол, под которым расположены цилиндры. В истории встречаются модели как с 1° наклона, так и 180° (как у субару). Как итог, конструкторы пришли к решению что 45°, 60°, 90° градусов самые оптимальные.

Одним из главных достоинств v двигателя является его компактность.

Из минусов можно выделить:

  • Сложность конструкции
  • Повышенная вибронагруженность на 2-х и 4-х цилиндровых ДВС
  • Более дорогой ремонт по сравнение с рядной «четвёркой»

V образные моторы очень востребованы в различных отраслях. Существуют концерны, которые выпускают только данный вид двигателей.

Оппозитный двигатель


По факту, оппозитный ДВС принадлежит к семейству v образных имея угол между цилиндрами в 180 градусов. То есть, они расположены друг напротив друга. Таким решением конструкторы избавили оппозитный мотор от лишних вибраций, и движок стал более плавно работать. Кроме того, благодаря такой форме, центр тяжести снижается и качественно улучшается управляемость. Оппозитный мотор, как и v образный зачастую имеет два распредвала и вертикально расположенный ГРМ.

Виды оппозитных двигателей: — ОРОС — «Боксер»

ОРОС — В данной конструкции поршни попарно перемещаются по одному цилиндру, двигаясь друг навстречу другу.

«Боксер» — Поршни располагаются друг перед другом, словно боксёры в бою. Когда один поршень находится в ВМТ(верхняя мёртвая точка) его парный поршень находится в НМТ(нижняя мёртвая точка). При работе они словно «обмениваются ударами» из-за чего и получили название.

Из плюсов оппозитного ДВС можно выделить следующее:

  • Отсутствие вибрации
  • Низкий центр тяжести
  • Малые габариты
  • Большой ресурс (300-500 тыс. км до первого капитального ремонта)

Минусы оппозитного двигателя:

  • Высокая стоимость обслуживания
  • Дефицит СТО, где есть специалисты по оппозитным моторам
  • Сложность обслуживания
  • Дороговизна запчастей

Роторный двигатель

Принцип работы роторного вида двигателя заключаетс

Принцип работы роторного вида двигателя заключается в повышенных оборотах и отсутствии привычного для ДВС строения. ДВС Ванкеля (РПД) а именно так зовут изобретателя данного вида мотора, предложил расположить ротор непосредственно в цилиндре. У РПД отсутствует коленчатый вал и шатуны, что упрощает его конструкцию. Среди преимуществ данного вида мотора — отсутствие большого количества деталей. Даже в обычном 4-х цилиндровом двигателе минимум 45 движущихся частей: клапанные пружины, масляные колпачки, поршневые кольца, поршни, коленчатый вал, шатуны, т.д. Роторный двигатель отличается малыми габаритами, и большими мощностями — 1.3 мотор выдаёт 190-240 л.с.

Из недостатков стоит выделить следующие пункты:

  • Ограничение в ресурсе (порядка 65-85 тыс.км.)
  • Потребление большого количества бензина
  • Стоимость производства и ремонта
  • Экологичность

Нестандартные виды двигателей автомобилей и их отличия от привычных нам ДВС

Не укладывающиеся в привычные нам рамки автомобильных моторов, но, тем не менее, успешно реализованные в серийном или мелкосерийном производстве: роторно-поршневые (они же РПД, RCV, или Двигатель Ванкеля) имеют равное число серьезных недостатков и достоинств, перекрывающих их в глазах преданных фанатов.

Все японские автомобильные концерны имеют лицензию на производство РПД еще с 50-х годов прошлого века, но только одному удалось довести до «серии» этот прожорливый, перегревающийся, неремонтопригодный движок с крайне малым ресурсом (от 30 до 150 т. км пробега). Кроме Мазды, в 70–80 годы такой тип мотора применялся в отдельных моделях Ситроенов, Шевроле, Мерседесов, и даже некоторых ВАЗах (спецтранспорт для ГАИ и милиции).

Принцип работы РПД похож на вращение якоря в обмотРоторно‐поршневой двигатель Мазда

Принцип работы РПД похож на вращение якоря в обмотке электродвигателя, с той разницей, что большой треугольный эксцентрик его «ротора» внутри корпуса «статора» «толкает» не ток, а энергия теплового расширения сгорающей бензо‐масло‐воздушной смеси. Каждая плоскость ротора имеет углубление, служащее камерой сгорания, каждый торец — снабжен уплотнением, работающим как поршневое кольцо. Захватив порцию смеси, они последовательно продвигают ее по кругу, за один оборот проходя все 4 такта рабочего цикла.

Принцип настолько же прост, насколько эффективен: мощность, выдаваемая одним (нетурбированным!) блоком объемом 1.3 л достигала 230–250 л с. При необходимости, блоки можно набирать последовательно насаживая на единый вал, и получая соответствующий прирост мощности. Роторно-поршневой двигатель лишен вибраций, фантастически компактен, имеет высокий КПД, поэтому, несмотря на склонность к перегреву, сложность в изготовлении и малый ресурс, все еще совершенствуется. Японским конструкторам удалось подвести «токсичность» Rotary Engine к нормам Евро-4, а впереди – планы по переводу его на «чистое» топливо — водород.