Устройство двигателей внутреннего сгорания: какие бывают разновидности и конфигурации
В конструкции современных автомобилей обычно применяются силовые установки с числом цилиндров от двух и больше. При том же объеме, двухцилиндровый мотор выдаст больший крутящий момент, чем одноцилиндровый, а четырехцилиндровый – соответственно, больше, чем двух. Однако «умножать» их количество можно только до какого‐то разумного предела: при всей эффективности, нужно соблюсти компактность, обеспечить цилиндрам равно хорошую смазку, подачу горючего и охлаждение.
В погоне за идеалом, конструкторы «разродились» несколькими схемами взаимной компоновки цилиндропоршневой группы и кривошипно‐шатунного механизма. Самые распространенные виды — рядная и V‐образная схема.
Рядный тип – это когда шатуны нескольких цилиндров (2-3-4-5-6 шт.) смонтированы на одном продольном коленчатом валу, каждый на отдельной «шейке», цилиндры идут в едином блоке, параллельно друг другу. Наиболее популярны 4 и 6‐цилиндровые версии.
Рядный 4‐х цилиндровый двигатель в разрезе
У V-образных движков, цилиндры которых расположены в два ряда, под взаимным углом 60, 90, либо 45 (мотоциклетные) градусов — на одной коренной шейке могут монтироваться по два шатуна одновременно. Самые надежные и сбалансированные — версии V6 и V8.
V‐образный двигатель в разрезе
Оппозитный вариант компоновки бывает двух видов: сходный с V-образным, но с развалом цилиндров 180 градусов и стыковкой шатунов на единой шейке, с последовательным поочередным выходом в ВМТ. Либо – с индивидуальными «коленами» для каждого из них, находящихся в противофазе: одновременно выходящих на ВМТ.
Оппозитный двигатель в разрезе
U-образный тип компоновки подразумевает параллельное «сращивание» двух рядных моторов со взаимно независимыми кривошипными механизмами, вращающимися в противоположном направлении и рядами блоков. Преимущества – те же, что у «рядников», плюс компенсация инерционных вибраций.
U‐образный двигатель Бугатти
VR двигатель – очень старый (20 годов ХХ века) вариант V-образной компоновки с единым «коленом» и развалом цилиндров менее 20 градусов. Рядно‐смещенная схема позволяет сделать ДВС очень компактным при большой кубатуре.
VR двигатель в разрезе
W-двигатель – наиболее монструозный вариант с тремя, или четырьмя рядами цилиндров, взаимно «разваленных» под углом от 50 до 30 градусов, шатуны которых посажены на единый коленвал. Преимущественно 12‐цилиндровый, формой напоминающий одноименную букву, движок выдавал бешеный крутящий момент. Применялся в основном на спорткарах.
W‐образный двигатель в разрезе
О многотопливности пятерки
Ей обязан он конструкции своего топливного узла.
Допустим, сын спросит вас: «Папа, а какой самый-самый удивительный мотор на свете»? Что вы ему ответите? 1000-сильный агрегат от Bugatti Veyron? Или новый турбодвигатель AMG? Или мотор Volkswagen с двойным наддувом?
В последнее время появилось немало крутых изобретений, и все эти наддувы-впрыски кажутся удивительными… если не знать историю. Ибо самый удивительный мотор, о котором я знаю, был сделан в Советском Союзе и, как вы догадались, не для «Лады», а для танка Т-64. Он назывался 5ТДФ, и вот несколько удивительных фактов.
Он был пятицилиндровым, что само по себе необычно. У него было 10 поршней, десять шатунов и два коленчатых вала. Поршни двигались в цилиндрах в противоположных направлениях: сначала навстречу друг другу, потом обратно, снова навстречу и так далее. Отбор мощности осуществялся с обоих коленчатых валов, чтобы было удобно для танка.
Двигатель работал по двухтактному циклу, и поршни играли роль золотников, открывавших впускные и выпускные окна: то есть никаких клапанов и распредвалов у него не было. Конструкция была гениальной и эффективной – двухтактный цикл обеспечивал максимальную литровую мощность, а прямоточная продувка — высокое качество наполнения цилиндров.
Ко всему прочему 5ТДФ был дизелем с непосредственным впрыском, где топливо подавалось в пространство между поршнями незадолго до момента, когда они достигали максимального сближения. Причем, впрыск осуществлялся четырьмя форсунками по хитрой траектории, чтобы обеспечить мгновенное смесеобразование.
Но и этого мало. Двигатель имел турбокомпрессор с изюминкой — огромных размеров турбина и компрессор размещались на валу и имели механическую связь с одним из коленчатых валов. Гениально — в режиме разгона компрессор подкручивался от коленчатого вала, что исключало турбояму, а когда поток выхлопных газов как следует раскручивал турбину, мощность от нее передавалась на коленчатый вал, повышая экономичность мотора (такая турбина называется силовой).
Ко всему прочему, мотор был многотопливным. То есть, мог работать на дизельном топливе, керосине, авиационном топливе, бензине или любой их смеси.
Плюс к этому в движке были применены еще полсотни необычных решений, вроде составных поршней со вставками из жаропрочной стали и системы смазки с сухим картером — точь в точь как у гоночных автомобилей.
Все ухищрения преследовали две цели — сделать мотор максимально компактным, экономичным и мощным. Для танка важны все три параметра: первый облегчает компоновку, второй улучшает автономность, третий – маневренность.
Результат вышел впечатляющим: при рабочем объеме 13,6 литра в самой форсированной версии мотор развивал более 1000 л.с. Для дизеля 60-х годов это был великолепный результат. По удельной литровой и габаритной мощностям мотор превосходил аналоги других армий в несколько раз. Я видел его вживую, и компоновка действительно поражает воображение — прозвище «Чемодан» ему очень идет. Я бы даже сказал «плотно набитый чемодан».
Он не прижился из-за чрезмерной сложности и дороговизны. На фоне 5ТДФ любой автомобильный мотор — даже от Bugatti Veyron — кажется каким-то донельзя банальным. И чем черт не шутит, техника может сделать виток и снова вернуться к решениям, когда-то использованным на 5ТДФ: двухтактному дизельному циклу, силовым турбинам, многофорсуночному впрыску.
Началось же массовое возвращение к турбомоторам, которые одно время считались слишком сложными для неспортивных автомобилей.
Есть ли преимущества у 5A-F для свапа?
Среди плюсов можно выделить невысокую цену. Найти контрактный мотор можно за 15-20 тысяч рублей, при этом он часто поставляется в комплекте с навесным оборудованием и в неплохом состоянии. Это не те агрегаты, на которых японцы выжимали все жизненные соки. Моторчик простейший, в нем нет конкретных неполадок, которые сложно было бы исправить.
Среди преимуществ можно выделить такие особенности:
- Чугунный блок цилиндров вполне можно растачивать, так что ресурс не ограничивается 300 000 км пробега. После капремонта мотор проходит еще 150-200 тысяч.
- Алюминиевая ГБЦ служит долго, не требует значительного вмешательства. Регулировка клапанов традиционная.
- Электрические схемы очень простые, благодаря чему можно установить мотор практически на любое авто с подходящим размером подкапотной ниши.
- Ремень ГРМ, здесь нет цепи, так что обслуживание будет намного дешевле, чем у ряда других похожих по стоимости и характеристикам японских моторов.
Простота и практичность – основные преимущества данного мотора. Ремонтопригодность также можно отнести к плюсам. К маслам двигатель не привередлив, но лучше использовать рекомендованные типы материалов для обслуживания.
Военные многотопливные двигатели [ править ]
Одно из распространенных применений этой технологии — в военных транспортных средствах , поэтому они могут работать на широком спектре альтернативных видов топлива, таких как бензин или реактивное топливо. Это считается желательным в военной обстановке, поскольку действия противника или изоляция подразделения могут ограничить доступный запас топлива, и, наоборот, источники топлива противника или гражданские источники могут стать доступными для использования.
Одним из крупных применений военного многотопливного двигателя была серия LD, которая использовалась в американских грузовиках M35 2 + 1 ⁄ 2 тонны и 5-тонных M54, построенных между 1963 и 1970 годами. Военный стандартный дизайн с использованием технологий MAN позволял использовать разные виды топлива без предварительной подготовки. Его основным топливом было дизельное топливо №1, №2 или AP, но от 70% до 90% других видов топлива можно было смешать с дизельным топливом, в зависимости от того, насколько плавно будет работать двигатель. Низкое октановое число коммерческое и авиационный бензин могут быть использованы , если моторное масло было добавлено, топливо для реактивных двигателейМогут использоваться Jet A, B, JP-4, 5, 7 и 8, в аварийной ситуации можно использовать мазут № 1 и № 2. На практике они использовали только дизельное топливо, их тактическое преимущество никогда не было необходимо, и со временем они были заменены коммерческими дизельными двигателями. Еще одно применение многотопливных двигателей — американский боевой танк M1 Abrams Main , в котором используется многотопливный газотурбинный двигатель.
В настоящее время на многих российских военных транспортных средствах используются многотопливные двигатели, такие как танк Т-72 (многотопливный дизель) и Т-80 (многотопливная газовая турбина).
5) Ракетный комплекс Искандер (ОТРК).
Тип двигателя: Дизель, 4-тактный с водяным охлаждением, с турбонаддувом, непосредственным впрыском топлива и охлаждением воздуха в турбине.
Количество цилиндров: 8.
Максимальный крутящий момент: 1400 Нм.
Мощность: 500 л.с.
«Искандер» — это семейство военных передвижных ракетных комплексов созданных на базе шасси Камаза или Минского завода колёсных тягачей (МЗКТ). Используемые на нем шасси зависят от модификации «Искандера».
Основная задача «Искандера» поражать боевыми частями малоразмерных и площадных целей в глубине расположения войск противника. Например, основными целями противника могут быть объекты инфраструктуры, узлы связи, комплексы противоракетной обороны, авиатехника, командные пункты и укрепления. Стоит тут отметить, что дальность поражения цели ракетой в составе комплекса составляет 50 километров.
Недостатки и поводы для настороженности по 5A-F
Двигатель производили не так долго, поэтому количество их на рынке ограничено. Это также несколько усложняет поиск запчастей. На рынке доступны аналоги, но некоторые детали можно купить только оригинальные или б/у. Так что некоторые ремонтные работы могут оказаться сложными. Также из минусов отмечают такие моменты:
- довольно высокая чувствительность карбюратора к качеству и чистоте бензина;
- при обрыве ремня ГРМ клапанная система не выживает, но это на большинстве конкурентов;
- текут сальники коленвала двигателя, их стоимость высока, некачественные ставить нельзя;
- нестабильные обороты – визитная карточка аппарата, с ними ничего не удастся сделать;
- всего 85 лошадок мощности – очень мало, учитывая современные требования к поездке.
Даже если вам понадобится переборка головки блока, произвести замену прокладки ГБЦ будет непросто. Не все доверительные производители изготавливают такие прокладки, запчасти придется долго искать
Так что обратите внимание на сложности обслуживания, прежде чем покупать такой двигатель
Другие хитрости конструкции
Хитрости и особенности двигателя 5ТДФ вовсе не заканчивались на том, что было перечислено выше. Была еще одна изюминка, которая скрывалась в турбокомпрессоре. Сама турбина имела достаточно большие размеры и вместе с компрессором располагалась на валу. Кроме этого, у нее была механическая связь с одним из коленчатых валов двигателя. Данное решение считается гениальным. Во-первых, во время разгона танка компрессор несколько подкручивался за счет крутящего момента вала, что исключало такой недостаток, как турбояма. После того как образовывался достаточно мощный поток выхлопных газов и турбина раскручивалась до значительных оборотов, то мощность, которую она набрала, передавалась, наоборот, коленчатому валу. Все это повышало экономичность силового агрегата, а сама турбина называлась силовой.
Сюда же стоит отнести еще одну важную характеристику двигателя 5ТДФ — он был многотопливным. Другими словами, он мог эксплуатироваться и на дизеле, и на бензине, и на авиационном топливе, и на любой смеси этих видов.
Помимо перечисленных больших конструктивных особенностей, общая конструкция устройства насчитывала еще около полусотни небольших хитростей. Сюда можно было отнести и поршни со вставками из жаропрочной стали, и системы смазки с сухим картером, и много чего еще.
Примечания
- ↑ 123456789101112131415161718192021
БМПТ «Азовец» БТРы и бронеавтомобили БТР-50-УТД-20* | БТР-60: · | БТР-70: · · ДИ «Защитник» · · «Гром» ·КБА-2 ·«Варан» | БТР-80: · ** ·КБА-2 | БТР-94* | БТР-3: · · Е1Д · · * · | БТР-4: · * · * · · · · | БРДМ-2: · · · ДИ «Хазар» · «ВЕПР» · ·БКМ | ВЕПР-С* | «Казак» | ББМ «Козак-2» | Варта | Дозор-Б | БМ «Тритон» | KRAZ Cobra** | KRAZ Cougar** | KRAZ Spartan** | KRAZ MPV** | КрАЗ «Форпост» |КрАЗ-01-1-11** |KRAZ-ASV Panther** |KRAZ Convoy |KrAZ Feona** |KrAZ Hurricane** |KrAZ Hulk** |МАЗ-6317 «Фортеця на колесах»** |Барс |БМ «Арбалет» |БМ «Тапир» |Годзилла |СРМ-1 «Казак» |«Казак-2М» |«Казак-5» |«Варта-Редут» |«Овод» |МТ-ЛБ-Т-23-2
БМП БМП-1: У «Шквал» · · · УМД ·** | МТ-ЛБ: * · · |АБ-13* |БМП-3-3ТД-4* |БМП-55* |БМП-К-64 |БМПВ-64 |БМПТ-64 |БМТ-72* |БТМП-84
Боевая робототехника «Фантом» |«Ласка» :FP01 ·MP01 |«Пиранья»
САУ БМ-21: · «Бастион-01» · «Бастион-02» · У «Верба» | «Бастион-03» |57-мм РСЗО на базе ЛуАЗ-969М | БТР-3: * · * |БТР-70М1 |«Отаман» :6×6 ·8×8
БРЭМ БТС-5Б | БРЭМ-84 | БТР-3БР | БРЭМ-4К |БРЭМ-7К
Зенитные установки ASGLA** |ЗРАК «Донец» |2К12-2Д «Квадрат-2Д»
Инженерные и специальные машины ГПМ-64 | АВС-30 | АВС-40 | И-52 |МОП «Держатель» |СЭМ |МТ-ЛБ С |СМ «Эскулап» | БММ-70 «Ковчег» |БТР-3С* | БММ-4С | БТР-70ДИ-02 «Свитязь» | ВЕПР-С «Мандат-Б1Е»* |«Положение-2» |Р-330УМ
* — производились только на экспорт; ** — совместные разработки; курсивом выделены перспективные, опытные или не пошедшие в серийное производство образцы.
: неверное или отсутствующее изображение Для улучшения этой статьи желательно: Добавить иллюстрации.К:Википедия:Статьи без изображений (тип: не указан)
Как работает турбонаддув
Поступающие из двигателя автомобиля выхлопные газы приводят в движение ротор турбины. Он в свою очередь вращает компрессор, который подает сжатый воздух в цилиндры. Предварительно воздух пропускается через интеркулер для охлаждения потока. Таким образом, чем больше выхлопных газов попадет в турбину, тем быстрее она будет вращаться и тем больше подаст воздуха в цилиндры. Чем больше воздуха попадет в цилиндры, тем выше будет мощность двигателя.
На ”обслуживание” турбонаддува уходит всего 1,5% энергии двигателя. С другой стороны даровая энергия, которая затрачивается на сжатие воздуха, повышает КПД мотора. Благодаря этому снижаются потери на трение, уменьшается вес силового агрегата. К сожалению, за очевидной экономичностью данной технологии скрываются определенные затруднения.
Проблемы с низкой производительностью
Многотопливные двигатели не обязательно имеют недостаточную мощность, но на практике у некоторых двигателей были проблемы с мощностью из-за конструктивных компромиссов, необходимых для сжигания нескольких типов топлива в одном двигателе. Пожалуй, самый известный пример с военной точки зрения — двигатель L60, который использовался в британском основном боевом танке Chieftain , что привело к очень слабой работе — на самом деле, Mark I Chieftain (используемый только для тренировок и аналогичных мероприятий) был настолько слабым. что некоторые не смогли установить танк-транспортер . Не менее серьезная проблема заключалась в том, что переход с одного топлива на другое часто требовал нескольких часов подготовки.
Серия US LD имела выходную мощность, сравнимую с коммерческими дизелями того времени. Для 5-тонных грузовиков он был маломощен, но это было из-за самого объема двигателя; замененный дизель был намного больше и мощнее. Двигатели LD действительно плохо сжигали дизельное топливо и были очень дымными. Последняя модель LDT-465 получила турбокомпрессор в основном для очистки выхлопных газов, при этом было небольшое увеличение мощности.
Ключевые элементы бензинового двигателя
Таковыми являются:
- Камера сгорания – элемент двигателя, в который подается топливная смесь и где непосредственно происходит процесс горения и получения энергии.
- Поршень – оснащенный уплотнительными кольцами из чугуна элемент, который совершает возвратно – поступательное движение, сдавливая смесь и выталкивая расширяющиеся газы в газораспределительную систему. Применение колец способствует достижению в цилиндрах оптимальной компрессии. Поршень является также частью кривошипно – шатунного механизма.
- Шатун – элемент из алюминия или высокопрочной стали. Обеспечивает соединение поршня с коленчатым валом. Обладает рабочим двухсторонним вращением.
- Коленчатый вал – часть двигателя, обеспечивающая вращение колес автомобиля за счет преобразования поступательного движения поршня.
- Свеча зажигания – электрический элемент, отвечающий за поджигание топливной субстанции в камере во время подъема поршня к ВМТ.
- Система клапанов – включает в себя впускные клапаны – позволяют осуществить всасывание массы воздуха, и выпускные клапаны – участвуют в процессе выведения выхлопных газов.
Бензиновый и дизельный мотор
Наибольшее распространение в автомобилестроении получили два типа мотора (по типу применяемого топлива) — бензиновый и дизельный
Именно им стоит уделить наибольшее внимание:
1. Бензиновый силовой агрегат
В двигателе, который работает на бензине, подразумевается воспламенение смеси с помощью обычной искры. Бензиновые моторы можно классифицировать по типу питания:
2. Дизельный силовой агрегат. Главная особенность, которая выделяет «дизели» — способность воспламенять горючую смесь не за счет образуемой свечи, а благодаря мощному сжатию. Если рассматривать принцип действия дизеля, то можно выделить четыре такта, в каждом из которых происходят определенные действия:
Все дизельные моторы можно классифицировать и по типу камеры сгорания. Последняя бывает распределенной или нераспределенной. В первом случае горючая смесь подается сначала в дополнительную, а уже потом в основную камеру. Такой тип исполнения позволяет добиться большей экономии топлива. Что касается моторов с нераспределенной камерой, то их особенность — в расположении камеры и подаче дизельного горючего в пространство над поршнем. Плюс — экономичность. Минус — высокий уровень шума.
Соотношение дизель / газ [ править ]
Это зависит от технического состояния двигателя, особенно системы впрыска. Типичное соотношение дизельное топливо / газ составляет 40/60% для высокоскоростных двигателей. Если рабочая мощность двигателя постоянна и находится в пределах 70-80% от номинальной мощности, то можно достичь отношения до 30/70%. Если рабочая мощность ниже (например, 50% от номинальной мощности) или если есть отклонения, коэффициент составляет около 45/55% (используется больше дизельного топлива). Для низкоскоростных преобразователей можно достичь соотношения дизельное топливо / газ до 10/90%. Как правило, невозможно гарантировать точное соотношение дизельное топливо / газ без проведения испытаний после преобразования.
Как Отто двигатель разрабатывал
Агрегат, изобретенный ученым по имени Альфонс Бо де Роша, а затем построенный немецким инженером Николаусом Отто в 1867 году, в те годы считался максимумом технологичности и практически совершенством. Аналогов для него просто не существовало. Мотор был очень недорогим в эксплуатации, имел компактные размеры, а также ему не нужно было частое обслуживание.
Работа четырехтактного двигателя была построена по четкому алгоритму. Сегодня его называют «циклом Отто». В 1875 г. Николаус Отто в своей компании выпускал больше, чем 600 двигателей за год.
Читать также: Станки для бизнеса на дому
Существенные различия
В бензиновом двигателе возгорание горючего происходит от электрической искры на свече зажигания. А в дизельном моторе зажигание происходит от сильного сжатия топлива поршнем, который находится в цилиндре двигателя. Чтобы вам там не говорили друзья и знакомые но коэффициент полезного действия у дизеля примерно 40%, а у бензинового мотора не больше 26%. Это не догадки друга Васи из соседнего гаража, это факт! Из этого можно сделать вывод что:
Дизельный двигатель является наиболее эффективным двигателем внутреннего сгорания!
Преимущества бензинового двигателя
- Самое главное преимущество – бензиновый двигатель хорошо работает при пониженной температуре. А вот автомобиль с дизелем может не завестись, потому что солярка при низких температурах становится очень густой. (но с этим можно успешно бороться, как? об этом расскажу ниже)
- Работает на высоких оборотах без последствий.
- Создает меньше шума и вибрации.
- Бензиновый двигатель может иметь большую литровую мощность.
- Дешевое обслуживание
Недостатки бензинового двигателя
- Расход топлива у бензиновых двигателей выше, чем у дизеля, на 20-30%.
- Такой двигатель менее долговечный, чем дизельный.
- Выхлопные газы от бензиновых двигателей содержат в себе гораздо больше вредных веществ.
- Меньшая мощность
Преимущества дизельного двигателя
Главные преимущества дизельного двигателя перед бензиновым – это экономичность и мощность. Как уже говорилось выше КПД дизеля выше бензинового на 14%, а если дизель оборудован еще и турбиной, то его КПД увеличивается еще на 20-30%
Дизельный двигатель экономичнее. Дизельное топливо с высоким октановым числом стоит намного дешевле, чем бензин. А расход топлива становится меньше примерно на 25-30% на 100 км.
Хорошая мощность. На пробках и светофорах можно ехать на холостых оборотах. Если же вам нужно преодолевать большие расстояния, то лучше приобрести турбированный дизельный двигатель.
Высокий ресурс работы. Многие не могут ответить почему дизельный двигатель служит дольше бензинового. Все просто — при изготовлении такого двигателя используют более дорогие материалы, а само топливо имеет в своем составе смазывающее вещество.
Еще одним преимуществом дизеля перед бензиновым двигателем есть максимальный крутящийся момент, который достигается при небольших оборотах. От этого зависит грузоподъемность автомобиля и его разгон.
После запуска дизельного двигателя не нужно электропитание. Поэтому ему вода почти не страшна. Автомобиль с таким двигателем больше всего подходит для езды по бездорожью, по снегу и грязи.
Но у дизельного двигателя есть и свои недостатки
- Дорогое обслуживание. В автомобиле с таким типом двигателя нужно чаще менять масло, в 2 раза чаще проходить техническое обслуживание.
- Топливо. Дизельный двигатель требует использования качественного топлива, особенно зимой.
Когда на улице мороз, плотность солярки повышается, и она становится похожей на желе. А если топливо не очень хорошего качества и там присутствует еще и вода, то она замерзнет и закупорит топливные трубки – тогда автомобиль завести не удастся. Но решение этой проблемы уже давно есть. Для дизельного двигателя используют системы подогрева, которые называются вебасто, также существует система подогрева с автозапуском – она заводится ночью через какой-то определенный промежуток времени.
Существует еще один способ подогрева, к тому же он дешевле предыдущих
Рассматривая типы двигателей, следует обратить на это внимание. Устанавливается специальный тепловой аккумулятор, который накапливает энергию, когда автомобиль работает. Эта энергия в дальнейшем используется для подогрева
Но этот способ эффективен только в течение 24 часов после остановки мотора
Эта энергия в дальнейшем используется для подогрева. Но этот способ эффективен только в течение 24 часов после остановки мотора.
Также качество топлива очень сильно влияет на работу топливного насоса высокого давления, который установлен в дизельном двигателе. Если солярка некачественная – это приведет к поломке ТНВД. Ремонт топливного насоса очень дорогостоящий, и к тому же не всегда возможен.
- Новые дизельные автомобили стоят дороже, чех их бензиновые аналоги на 5-10%.
- Дизельный двигатель создает большой шум и вибрацию, по сравнению с бензиновым. Но если в машине хорошая звукоизоляция, то вы не почувствуете разницы. К тому же это дело вкуса
- Для запуска такого двигателя нужен аккумулятор большого объема.
Нужно помнить, что дизельный двигатель нужно долго прогревать, нельзя сразу глушить. Нужно использовать качественное топливо и масло. Тогда ваш автомобиль прослужит вам очень долго.