Влияние конструкции двигателя на его характеристики

Любой автомобилист сталкивался с двигателем внутреннего сгорания. Этот элемент установлен на всех старых и современных автомобилях. Конечно, по конструктивным особенностям они могут отличаться друг от друга, но почти все работают на одном принципе — топливо и сжатие.

Статья расскажет все, что необходимо знать о двигателе внутреннего сгорания, характеристиках, конструктивных особенностях, а также поведает о некоторых нюансах эксплуатации и технического обслуживания.

Что такое ДВС

ДВС — двигатель внутреннего сгорания. Именно так, и ни как иначе, расшифровывается данная аббревиатура. Ее часто можно встретить на разных автомобильных сайтах, а также форумах, но как показывает практика, не все люди знают этому расшифровку.

Что такое ДВС в автомобиле? — Это силовой агрегат, который приводит в действие движение колес. Двигатель внутреннего сгорания — это сердце любого автомобиля. Без этой конструктивной детали машину нельзя назвать авто. Именно этот агрегат приводит все в действие, все остальные механизмы, а также электронику.

Мотор состоит из ряда конструктивных элементов, которые могут отличаться в зависимости от числа цилиндров, системы впрыска и других немаловажных элементов. У каждого производителя свои нормы и стандарты силового агрегата, но все они между собой похожи.

История происхождения

История создания двигателя внутреннего сгорания началась более 300 лет назад, когда первый примитивный чертеж сделал Леонардо ДаВинчи. Именно его разработка положила основу созданию двигателю внутреннего сгорания, устройство которого можно наблюдать на любой дороге.

В 1861 году по чертежу ДаВинчи был сделан первый проект двухтактного мотора. Тогда еще не шла речь об установке силового агрегата на автомобильный проект, хотя паровыми ДВС уже активно пользовались на железной дороге.

Первым, кто разработал устройство автомобиля, и внедрим массово двигатели внутреннего сгорания — был легендарный Генри Форд, чьи автомобили до этого времени, пользуются огромной популярностью. Он же первый выпустил книгу «Двигатель: его устройство и схема работы».

Генри Форд был первым, кто начал вычислять такой полезный коэффициент, как КПД двигателя внутреннего сгорания. Этот легендарный человек считается прародителем автомобилестроения, а также части авиапромышленности.

В современном мире, нашлось широкое применение ДВС. Они оснащаются не только в автомобили, но авиация, а благодаря простоте конструкции и обслуживания устанавливается на многие виды транспортных средств и как электрогенераторы переменного тока.

Принцип работы двигателя

Как работает двигатель автомобиля? — Этим вопросом задаются многие автомобилисты. Постараемся дать максимально полный и сжатый ответ на этот вопрос. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на двух факторах: впрыске и моменте сжатия. Именно основываясь на этих действиях мотор, приводит все в действие.

Если рассматривать, как работает двигатель внутреннего сгорания, то стоит понимать, что существуют такты, которые разделяют агрегаты на однотактный, двухтактный и четырехтактный. В зависимости от того, куда устанавливается ДВС, так и различают такты.

Современные автомобильные двигатели оснащаются четырехтактными «сердцами», которые идеально сбалансированные и отлично работают. А вот однотактные и двухтактные моторы обычно устанавливаются на мопеды, мотоциклы и прочую технику.

Итак, рассмотрим ДВС и его принцип работы, на примере бензинового двигателя:

1. Топливо попадает в камеру сгорания, через систему впрыска.
2. Свечи зажигания дают искру и топливно-воздушная смесь воспламеняется.
3. Поршень, который находится в цилиндре, уходит вниз под давлением, чем приводит в движение коленчатый вал.
4. Коленвал передает движение через сцепление и коробку передач на ведущие валы, которые в свою очередь, приводят в действия колеса.

Как устроен ДВС

Устройство двигателя автомобиля можно рассматривать по тактам работы основного силового агрегата. Такты — это своего рода циклы двигателей внутреннего сгорания, без которых невозможно обойтись. Рассмотрим, принцип работы двигателя автомобиля со стороны тактов:

1. Впрыск. Поршень делает движение вниз, при этом открывается впускной клапан головки блока соответствующего цилиндра и камера сгорания наполняется воздушно-топливной смесью.
2. Сжатие. Поршень движется в ВТМ и в самой верхней точке происходит искра, которая влечет за собой воспламенение смеси, которое находится под давлением.
3. Рабочий ход. Поршень движется в НТМ под давлением воспламененной смеси и образовавшимся выхлопным газам.
4. Выпуск. Поршень движется вверх, открывается выпускной клапан и он выталкивает выхлопные газы с камеры сгорания.

Все четыре такта еще называются — действительные циклы ДВС. Таким образом, работает стандартный бензиновый четырехтактный мотор. Есть еще пятитактный роторный двигатель и шеститактные силовые агрегаты нового поколения, но о технических характеристиках и режимы работы двигателя такой конструкции будет рассмотрено в других статьях нашего портала.

Общее устройство ДВС

Устройство двигателя внутреннего сгорания достаточно простое, тем, кто уже сталкивался с их ремонтом, и достаточно тяжелое тому, кто еще не имеет представление об этом агрегате. Силовой агрегат включает в свое строение несколько немаловажных систем. Рассмотрим, общее устройство двигателя:

1. Систему впрыска.
2. Блок цилиндров.
3. Головку блока.
4. Газораспределительный механизм.
5. Систему смазки.
6. Систему охлаждения.
7. Механизм выхлопа отработанных газов.
8. Электронную часть двигателя.

Все эти элементы определяют устройство и принцип работы ДВС. Далее стоит рассмотреть, из чего состоит двигатель автомобиля, а именно сам силовой агрегат в сборе:

1. Коленчатый вал — вращается в самом сердце блока цилиндров. Приводит в работу поршневую систему. Он купается в масле, поэтому расположен ближе к поддону картера.
2. Поршневая система (поршни, шатуны, пальцы, втулки, вкладыши, бугеля и маслосъемные кольца).
3. Головка блока цилиндров (клапаны, сальники, распределительный вал и другие элементы ГРМ).
4. Масляный насос — циркулирует смазочную жидкость по системе.
5. Водяной насос (помпа) — обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости.
6. Комплект газораспределительного механизма (ремень, ролики, шкивы) — обеспечивает правильность тактности. Ни один двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на тактах, не может без этого элемента.
7. Свечи зажигания обеспечивают воспламенение смеси в камере сгорания.
8. Впускной и выпускной коллектор — принцип действия их основан на впуске топливной смеси и выпуску отработанных газов.

Общее устройство и работа двигателя внутреннего сгорания достаточно простая и взаимосвязанная. Если один из элементов вышел со строя или отсутствует, то эксплуатация автомобильных двигателей будет невозможна.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Автомобильные моторы делятся на несколько видов и классификаций, в зависимости от устройства и работы ДВС. Классификация ДВС за международными стандартами:

1. За видом впрыска топливной смеси:
   • Те, которые работают на жидких топливах (бензин, керосин, дизельное топливо).
   • Те, что работают на газообразных топливах.
   • Те, что работают на альтернативных источниках (электричество).

1. Состоящий за циклами работы:

1. По способу смесеобразования:
   • с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые силовые агрегаты),
   • с внутренним смесеобразованием (дизель, турбодизель, непосредственный впрыск)

1. По способу зажигания рабочей смеси:
   • с принудительным зажиганием смеси (карбюраторные, двигатели с непосредственным впрыском легких топлив);
   • с воспламенением от сжатия (дизели).

1. По числу и расположению цилиндров:
   • одно-, двух-, трех- и т.д. цилиндровые;
   • однорядные, двухрядные

1. По способу охлаждения цилиндров:
   • с жидкостным охлаждением;
   • с воздушным охлаждением.

Принципы эксплуатации

Автомобильные двигатели эксплуатируются с разным ресурсом. Самые простые двигатели могут иметь технический ресурс 150000 км пробега при правильном техническом обслуживании. А вот некоторые современные дизельные двигатели, которые оснащаются на грузовики, могут выхаживать до 2 миллионов.

Устраивая конструкцию мотора, автопроизводители обычно делают упорство на надежность и технические характеристики силовых агрегатов. Учитывая современную тенденцию, многие автомобильные моторы рассчитаны на небольшой, но надежные срок эксплуатации.

Так, средняя эксплуатация силового агрегата легкового транспортного средства составляет 250 000 км пробега. А дальше, существует несколько вариантов: утилизация, контрактный двигатель или капитальный ремонт.

Техническое обслуживание

Немаловажным фактором в эксплуатации остается техническое обслуживание двигателя. Многие автомобилисты не понимают этого понятия и опираются на опыт автосервисов. Что стоит понимать под обслуживание двигателя автомобиля:

1. Замена моторного масла в соответствии с техническими картами и рекомендациями завода изготовителя. Конечно, каждый автопроизводитель ставит свои рамки замены смазочной жидкости, но эксперты рекомендуют менять смазку один раз на 10000 км — для бензиновых ДВС, 12-15 тыс. км — для дизеля и 7000-9000 км — для транспортного средства, работавшим на газу.
2. Замена фильтров масла. Проводится при каждом ТО по замене масла.
3. Замена топливных и воздушных фильтров — один раз на 20 000 км пробега.
4. Чистка форсунок — каждые 30 000 км.
5. Замена газораспределительного механизма — один раз на 40-50 тыс. км пробега или за необходимостью.
6. Проверка всех остальных систем проводится при каждом ТО, вне зависимости от давности замены элементов.

При своевременном и полном техническом обслуживании увеличивается ресурс использования двигателя транспортного средства.

Доработка моторов

Тюнинг — доработка двигателя внутреннего сгорания по увеличению некоторых показателей, таких как мощность, динами, расход или другое. Это движение набрало всемирную популярность в начале 2000-х годов. Многие автолюбители начали самостоятельно экспериментировать со своими силовыми агрегатами и выкладывать фотоинструкции в глобальную сеть.

Сейчас можно встретить массу информации по проведенным доработками. Конечно, не весь этот тюнинг одинаково хорошо влияет на состояние силового агрегата. Так, стоит понимать, что разгон мощности без полного анализа и тюнинга может «угробить» ДВС, а коэффициент износа при этом увеличивается в несколько раз.

На основании этого, прежде чем проводить тюнинг мотора стоит все тщательно проанализировать, дабы не «попасть» на новый силовой агрегат» или, что еще хуже, не попасть в аварию, которая может стать для многих первой и последней.

Вывод

Конструкция и особенности современных моторов постоянно совершенствуются. Так, весь мир уже невозможно представить без выхлопных газов, машин и автосервисов. Работающий ДВС узнать легко по характерному звуку. Принцип работы и устройство двигателя внутреннего сгорания достаточно простое, если разобраться один раз.

А вот, что качается технического обслуживания, то здесь поможет смотреть техническую документацию. Но, если человек не уверен, что он может провести ТО или ремонт автомобиля своими руками, то стоит обратиться в автосервис.

Принцип работы и устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях.

Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.

В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:

• 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;
  • 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 до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь 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. Особенности их устройства заключаются в преображении тепловой энергии в механическую работу с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Схема устройства двигателя.

Первые поршневые ДВС имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В дальнейшем, для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. “Сердце” современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.

Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.

Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом.

В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой.

Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей).

Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.

Принцип работы двигателя

Схема работы двигателя.

Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:

1. Впуск топлива;
2. Сжатие топлива;
3. Сгорание;
4. Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.

Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.

Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч зажигания – элемента, который поджигает топливо.

Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. При такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600О С.

В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
2. Система смазки;
3. Система охлаждения;
4. Система подачи топлива;
5. Выхлопная система.

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

• Распределительный вал;
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
• Детали привода клапанов;
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки.

Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей.

Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

• Масляный картер (поддон);
• Насос подачи масла;
• Масляный фильтр с редукционным клапаном;
• Маслопроводы;
• Масляный щуп (индикатор уровня масла);
• Указатель давления в системе;
• Маслоналивная горловина.

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси.

Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости.

Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

• Рубашка охлаждения двигателя;
• Насос (помпа);
• Термостат;
• Радиатор;
• Вентилятор;
• Расширительный бачок.

Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

• Топливный бак;
• Датчик уровня топлива;
• Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
• Топливные трубопроводы;
• Впускной коллектор;
• Воздушные патрубки;
• Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

• Выпускной коллектор;
• Приемная труба глушителя;
• Резонатор;
• Глушитель;
• Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов.

Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем.

Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

Технические характеристики автомобильного двигателя и на что они влияют

Приобретая автомобиль, большинство из нас в первую очередь обращают внимание именно на технические характеристики двигателя.

Зачастую от мотора напрямую зависит удобство эксплуатации автомобиля, его показатели потребления топлива, динамика и стоимость обслуживания.

Поговорим поподробнее том, какие бывают основные характеристики двигателя, на которые необходимо обращать внимание при выборе машины.

Основные технические характеристики

Рабочий объем

Одной из основных технических характеристик двигателя является его рабочий объем. Зачастую от рабочего объема зависят его показатели топливной экономичности и мощности. Так, малолитражки, рабочий объем которых не превышает двух литров, могут иметь мощность порядка 100 лошадиных сил, и при этом они потребляют в городских условиях не более 10 литров топлива.

По статистике наибольшей популярностью сегодня пользуются автомобили с двигателями, рабочий объем которых составляет 2-3 литра. Такие машины одновременно отличаются великолепной динамикой и при этом гарантируют хорошую топливную экономичность.

А вот спорткары и мощные представительские седаны могут оснащаться моторами в четыре и более литров. В целом отметим, что в последние годы отмечается широкое использование турбонаддува, поэтому рабочий объем неизменно уменьшается, при этом отмечается улучшение показателей топливной экономичности.

Материал блока цилиндров

В зависимости от материала, из которого изготовлен блок цилиндров, принято разделять силовые агрегаты на чугунные, алюминиевые и из стальных сплавов.

Изготовленные из чугуна элементы блока цилиндров отличаются повышенной прочностью, но при этом они имеют большой вес и не столь устойчивы к температурным воздействиям.

Именно поэтому сегодня большинство силовых агрегатов отливаются из легкого алюминия, который одновременно отличается устойчивостью к высоким температурам.

Система питания

В зависимости от используемых систем питания все двигатели можно разделить на две основные категории: карбюраторные и инжекторные. В инжекторных системах питания обеспечивается непосредственный впрыск топлива через форсунки в каждый из цилиндров, что позволяет обеспечить экономию топлива, снизить его расход и улучшает мощностные характеристики двигателя.

А вот карбюраторная система питания, которая была популярна в середине прошлого века, сегодня в автомобилестроении практически не используется.

Из преимуществ подобной системы питания можно отметить лишь ее простоту конструкции, надежность и легкость последующего ремонта.

Дизельные автомобили имеют отличающуюся от бензиновых моторов систему питания, в которой топливо под высоким давлением подается в цилиндры, где и происходит воспламенение смеси с последующим полным сгоранием солярки в цилиндрах.

Количество клапанов

Количество клапанов в моторе напрямую зависит от числа цилиндров. Необходимо сказать, что от конкретной конструкции мотора напрямую зависят технические характеристики двигателей.

В настоящее время изготавливают силовые агрегаты с двумя клапанами на каждый цилиндр или же современные экономичные моторы с четырьмя клапанами на каждый цилиндр, два из которых ответственны за впуск рабочей смеси, а два – за выпуск.

Соответственно четырехцилиндровые двигатели могут иметь 8 или 16 клапанов. Их количество напрямую влияет на динамические характеристики автомобильных двигателей, топливную экономичность и стабильность работы на холостом ходу и низких оборотах.

Экологические нормы

Силовые агрегаты также могут отличаться своими экологическими нормами. Экологичность автомобиля зависит от используемых катализаторов, системы питания и ряда других устройств, которые позволяют обеспечить полное сгорание топлива и фильтрацию вредных элементов.

Экологические нормы принято различать по индексу показателя Евро. Чем выше этот показатель, тем лучше экологичные характеристики двигателя автомобиля. В настоящее время получили распространение машины с показателями экологичности Euro 4 — Euro 6.

Мощностные характеристики автомобильных двигателей

Мощность агрегата может выражаться как в киловаттах, так и в лошадиных силах. Также вам следует учитывать крутящий момент, который отвечает за динамику автомобиля. Если мощность в лошадиных силах в большей степени характеризует максимальную скорость, то крутящий момент отвечает за ускорение автомобиля и его разгон до определённой скорости.

Следует сказать, что от мощностных характеристик двигателя напрямую зависят его показатели топливной экономичности.

Из особенностей показателей мощности в зависимости от вида топлива мотора можем отметить, что у дизелей пик мощности отмечается на низких оборотах, что позволяет гарантировать эффективный разгон и отличную тягу уже с самых низов.

А вот бензиновые силовые агрегаты показывают максимальную мощность на высоких оборотах, что отрицательно сказывается на их приемистости и динамических показателях.

Расход топлива

Расход топлива для многих покупателей является едва ли не определяющим фактором при покупке нового авто. Следует сказать, что еще несколько десятков лет назад используемые двигатели хоть и отличались простотой конструкции, но при этом потребляли большое количество топлива, что приводило к увеличению расходов автовладельцев на эксплуатацию машин.

Сегодня же благодаря широкому внедрению технологии турбонаддува удалось без потери мощностных характеристик двигателя значительно снизить расход топлива автомобилями.

Так, небольшие по своему объему двухлитровые турбодизели способны при крейсерской скорости в 100-120 километров в час потреблять около 5 литров солярки на 100 километров.

У бензиновых силовых агрегатов показатели топливной экономичности не столь хороши, такие моторы способны потреблять в зависимости от своего объема 8-10 литров бензина на 100 километров.

Выбор типа и основных конструктивных параметров двигателя

На выбор типа двигателя решающее влияние оказывают назначение и условия эксплуатации двигателя, а также заданные уровни его экономических (эксплуатационный расход топлива) и экологических (эмиссия токсических компонентов и уровни шума и вибраций) показателей.

При этом исходят из того, что дизели по сравнению с ДсИЗ обеспечивают существенно более низкие (до 40%) эксплуатационные расходы топлива, имеют меньший исходный уровень выхода токсических компонентов, менее критичны к номенклатуре используемых топлив.

Их основные недостатки: большие удельная масса и габаритный объем, а также высокие уровни шума – в значительной мере нивелируются возможностью использования наддува в широком спектре эксплуатационных режимов.

К достоинствам ДсИЗ следует отнести почти вдвое меньшие удельную массу и габаритный объем (по сравнению с безнаддувным дизелем). В связи с отмеченным дизели в настоящее время являются основным типом энергетической установки для грузовых автомобилей, автобусов, тракторов и дорожно-строительных машин.

Двигатели с искровым зажиганием устанавливают преимущественно на легковых автомобилях, у которых достоинства связаны с их хорошими массогабаритными показателями. Вместе с тем следует отметить расширение применения дизелей и на легковых автомобилях, особенно на такси.

Требуемое сочетание заданных параметров возможно получить, варьируя значения рабочего объема двигателя iVh номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя nн, среднего эффективного давления ре с учетом технических возможностей и экономической целесообразности их реализации.

Номинальная мощность двигателя при прочих равных условиях пропорциональна его рабочему объему. Однако с увеличением iVh существенно возрастают габариты и масса конструкции, повышается расход топлива. В связи с этим за последние десятилетия определилась тенденция повышения энергетических показателей и снижения металлоемкости конструкции двигателя путем форсирования его по nн и ре.

Увеличение номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя приводит к пропорциональному росту номинальной мощности, но при этом соответственно увеличиваются инерционные нагрузки на элементы двигателя (~nн2), ухудшаются экономические показатели двигателя и сокращается ресурс за счет роста скорости поршня (сп ~ nн), а также возрастают выбросы токсических компонентов и шумность работы. Пределы форсирования по частоте вращения дизелей ограничиваются возможностями организации эффективного протекания процессов смесеобразования и сгорания, а также допустимым уровнем инерционных нагрузок на его элементы. Вследствие этого практически для всех типов двигателей различных транспортных средств установились рациональные уровни предельных значении nн.

Форсирование двигателя по ре достигается главным образом применением наддува. Этот способ позволяет получить заданную Nен при относительно невысоких nн.

Практическая возможность его использования в ДсИЗ ограничивается ухудшением при этом экономических и экологических характеристик двигателя и применяется в основном кратковременно на форсированных режимах его работы.

Широкое использование наддува в дизелях объясняется благоприятным его влиянием на характер протекания процессов смесеобразования и сгорания и, как следствие этого, улучшением экономико-энергетических и экологических характеристик двигателя.

Увеличение ре при наддуве практически пропорционально степени повышения давления πк, значение которой ограничивается в основном допустимым уровнем тепловой и механической нагруженности элементов двигателя и трудностями обеспечения заданного его ресурса.

Количество цилиндров двигателя определяется рабочим объемом двигателя и рациональными геометрическими параметрами цилиндра S и D. При выборе диаметра цилиндра учитывается его влияние на протекание рабочего процесса, механическую нагруженность и тепловое состояние деталей цилиндропоршневой группы.

Основная масса автотракторных дизелей, выпускаемых промышленностью, имеет диаметр цилиндра, находящийся в диапазоне 100… 140 мм. При меньших диаметрах цилиндра ухудшаются условия смесеобразования и сгорания из-за снижения интенсивности движения воздушного заряда, а при больших возрастают тепловые и механические нагрузки на головку цилиндра и поршень.

В ДсИЗ максимальное значение диаметра цилиндра ограничивается детонацией, вероятность возникновения которой повышается с увеличением диаметра цилиндров. Ввиду этого диаметр цилиндра ДсИЗ не превышает, как правило, 105 мм.

При выбранном диаметре цилиндра D ход поршня S определяется коэффициентом короткоходности k=S/D.

С увеличением количества цилиндров улучшается равномерность хода двигателя, облегчается пуск, уменьшается масса маховика. Вместе с тем увеличение количества цилиндров приводит к усложнению конструкции и росту затрат на обслуживание в эксплуатации двигателя.

При отмеченных выше диаметрах цилиндров на средних, большегрузных автомобилях и автобусах устанавливают преимущественно шести- и восьмицилиндровые двигатели. Для легковых автомобилей в большинстве случаев применяют четырехцилиндровые двигатели.

При определенном числе цилиндров решающее влияние на габариты, геометрический объем и уравновешенность двигателя оказывает способ их компоновки.

Для автомобильных и тракторных двигателей преимущественное распространение получили компоновочные схемы с расположением цилиндров в один (линейные двигатели) или два (V-образные ДВС) ряда с различным углом у между осями цилиндров левого и правого рядов.

Среди четырех- и шестицилиндровых двигателей преобладают модели с однорядным расположением цилиндров. Двигатели, выполненные по подобной схеме, хорошо компонуются как на автомобилях с кабиной за двигателем, так и на автомобилях с кабиной над двигателем. Они имеют достаточно простую конструкцию блок-картеров и удобны для обслуживания в процессе эксплуатации.

Значительно реже применяют шестицилиндровые двигатели с V-образным расположением цилиндров. Одним из препятствий к применению таких двигателей является неравномерность чередования рабочих ходов при наиболее распространенном угле развала цилиндров 90°.

Исключение составляют рассматриваемые двигатели со смещенными шатунными шейками коленчатого вала для каждой пары шатунов смежных цилиндров.

При этом достигается равномерное чередование рабочих процессов отдельных цилиндров, но усложняется конструкция коленчатого вала.

• В двигателях с количеством цилиндров восемь и более применяют исключительно V-образное расположение цилиндров.
• Достоинством V-образных двигателей по сравнению с линейными (однорядными) той же мощности является уменьшение удельной массы двигателя, его габаритных размеров (длины и высоты) и, как следствие, повышение жесткости блок-картера и коленчатого вала.
• При конструировании V-образных двигателей особое внимание уделяют выбору угла развала цилиндров γ, от значения которого зависят уравновешенность двигателя, равномерность его хода и габаритные размеры.
• Одним из важных аспектов при проектировании двигателя является выбор его системы охлаждения, которая в значительной мере определяет его конструкцию и эксплуатационные свойства.
• Несмотря на простоту и более высокую надежность в эксплуатации, системы воздушного охлаждения находят ограниченное применение главным образом на транспортных двигателях малой мощности из-за главного своего недостатка: невозможности эффективного обеспечения теплоотвода от головок цилиндров и поршней двигателей при их форсировании наддувом.
• Поэтому с учетом сложившейся в мировой практике тенденции повышения удельных мощностных и экономических показателей двигателей за счет форсирования рабочего процесса преимущественное распространение получила система жидкостного охлаждения, которая обеспечивает стабильное тепловое состояние двигателя в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов его эксплуатации.