Всего на сайте моделей 2710   модификаций  6883

Виды ДВС

В зависимости от вида топлива и особенностей конструкции поршневые ДВС делятся на бензиновые и дизельные.
 

Бензиновый двигатель Дизельный двигатель
На легковых автомобилях наибольшее распространение получил бензиновый ДВС. Он работает только на бензине с различным октановым числом. Предварительно сжатая в цилиндре топливно-воздушная смесь воспламеняется с помощью искры, подаваемой свечой зажигания. Управление мощностью осуществляется дроссельной заслонкой, регулирующей поток воздуха. КПД бензинового мотора составляет около 20-30%, но такой двигатель может работать на высоких оборотах и имеет большую удельную мощность. Показатели давления и температуры в цилиндрах у бензинового ДВС меньше, чем у дизельного, а в выхлопе содержится меньше серы, сажи и токсичных газов, но больше окиси углерода. Дизельные двигатели стали массово использоваться на легковых автомобилях только в конце XX века. КПД у дизельного мотора выше, чем у бензинового (40-45%), при этом в качестве топлива могут выступать низкосортные продукты нефтепереработки или даже растительные масла. Принцип работы дизельного ДВС заключается в самовоспламенении топливной смеси в цилиндре от сжатия, при высоких давлении и температуре. Это требует более прочной конструкции и защиты от высоких температур, зато у дизельного силового агрегата отсутствуют свечи зажигания, а смесеобразование и сгорание проходят быстрее, чем в бензиновом. Мощность регулируется не дроссельной заслонкой, а непосредственно интенсивностью впрыска топлива в цилиндры. К недостаткам дизельного двигателя относятся дорогой ремонт, необходимость использования более мощного стартера, характерный стук при работе и застывание летнего дизельного топлива на морозе.

 

В зависимости от количества тактов в рабочем цикле различают двухтактные и четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания. Особое место в этой классификации занимает роторно-поршневой двигатель Ванкеля, который не относится к поршневым ДВС, но по сути является четырёхтактным.
 

Тип двигателя Характеристика
Двухтактный Двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Особенность такого мотора заключается в отсутствии клапанов: вместо них в цилиндре выполнены впускное и выпускное отверстия (продувочные окна), которые открывает и закрывает поршень при своём движении вверх-вниз.

При первом такте (сжатия) поршень перемещается от нижней мёртвой точки к верхней, перекрывая нижнее и верхнее продувочные окна и сжимая поступившую ранее топливную смесь. Одновременно в кривошипную камеру, расположенную в нижней части цилиндра, вследствие её герметичности поступает новая топливная смесь. При втором такте (рабочего хода) сжатая горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания, в результате чего поршень под давлением движется к нижней мёртвой точки, вращая коленчатый вал и сжимая смесь в кривошипной камере. Из последней топливная смесь через открытое впускное окно заполняет цилиндр, вытесняя отработавшие газы через выпускное окно (продувка). Далее поршень снова поднимается вверх, и цикл повторяется.

Преимущества двухтактного двигателя заключается в том, что он проще по конструкции, чем четырёхтактный, и даёт примерно в 1,5 раз больше мощности при том же рабочем объёме. Однако в наше время двухтактные ДВС практически не используются из-за низкой экономичности и плохих экологических показателей, связанных с неполным сгоранием топливно-воздушной смеси и попадании части её в выпускное окно при продувке.

Четырёхтактный В четырёхтактном ДВС рабочий цикл проходит за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня. Отличается от двухтактного наличием головки цилиндра и клапанной системы, управляемой газораспределительным механизмом. Такая конструкция сложнее и требует дополнительных затрат энергии на работу клапанов, но зато КПД у четырёхтактного двигателя выше. Работа осуществляется только на одном такте, на остальных поршень движется по инерции. Рабочий цикл включает четыре такта:
  1. Впуск - по мере движения поршня к нижней мёртвой точке цилиндр наполняется топливно-воздушной смесью через открытый впускной клапан.
  2. Сжатие - впускной и выпускной клапаны закрыты; поршень поднимается вверх, сжимая топливную смесь, в результате чего в цилиндре повышаются температура и давление.
  3. Рабочий ход - при достижении поршнем верхней мёртвой точки топливо воспламеняется искрой от свечи зажигания (в бензиновом ДВС) или от давления (в дизельном ДВС) и образует большое количество насыщенных энергией газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз.
  4. Выпуск - поршень снова поднимается вверх и через открытый выпускной клапан вытесняет выхлопные газы, которые и очищают цилиндр.
Двигатель Ванкеля Роторно-поршневой двигатель Ванкеля является четырёхтактным, но не имеет цилиндров и не требует специальной системы газораспределения. Мотор состоит из треугольного ротора, вращающегося внутри полости сложной формы при помощи пары шестерен. Ротор соприкасается гранями с внутренней поверхностью камеры сгорания, в результате между его стенками и корпусом двигателя образуются три изолированные камеры; каждая из них по мере вращения ротора проходит четыре такта. В верхней части двигателя происходит впуск топливно-воздушной смеси, затем она перемещается в боковую полость и сжимается, при переходе вниз смесь воспламеняется от свечи зажигания и оказывает давление на ротор, который в следующем положении вытесняет отработавшие газы через выпускное отверстие.

Роторно-поршневой мотор обладает рядом преимуществ перед традиционным, так как развивает больше мощности при меньшем объёме, имеет небольшие габариты и относительно простую конструкцию. К недостаткам двигателя Ванкеля относятся быстрый износ уплотнителей между ротором и камерой сгорания, требование высокой точности при сборке деталей, необходимость специальной системы смазки, склонность к перегреву и неэкономичность на низких оборотах.

Газотурбинный двигатель Беспоршневый двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Принцип работы: компрессор нагнетает сжатый воздух в камеру сгорания, где он смешивается с топливом и воспламеняется при помощи свечи зажигания. Расширившиеся газы под высоким давлением поступают в газовую турбину и передают энергию лопаткам турбины, вращающим диск или вал, на котором они закреплены. Часть работы расходуется на сжатие воздуха в компрессоре, остальное преобразуется в крутящий момент.

Газотурбинный двигатель (ГТД) может работать на любом топливе, от керосина до мазута, и всегда имеет бОльшую удельную мощность, чем поршневой ДВС, хотя КПД у него ниже. По компактности, весу, шуму и вибрациям ГТД значительно лучше поршневого ДВС, но из-за таких факторов, как высокая стоимость (объясняется необходимостью использования жаростойких материалов), большая частота оборотов (до 100000 об/мин), высокая температура выхлопа и задержка отклика на управление мощностью (невозможность снижения оборотов при отпущенной педали газа без торможения), он так и не нашёл применения на легковых автомобилях, за исключением нескольких концепт-каров.

 

По конфигурации, то есть взаимному расположению цилиндров, автомобильные двигатели бывают:

  • Рядные - цилиндры расположены на одной линии, а их поршни вращают один коленчатый вал. Такие двигатели более простые по конструкции, надёжные и удобные в обслуживании, чем V-образные. Могут иметь как чётное (2, 4, 6 или 8), так и нечётное (3 или 5) количество цилиндров. В наше время наиболее распространёнными являются рядные 4-цилиндровые моторы, а 6-цилиндровые постепенно выходят из употребления, подобно тому, как в послевоенные годы перестали использоваться рядные 8-цилиндровые двигатели. Это связано с большой длиной блока цилиндров и коленчатого вала, требующей много места под капотом, а также быстрым износом. Существует и такой вариант конфигурации, как U-образный двигатель, который состоит из двух установленных параллельно рядных блоков с отдельными коленчатыми валами, соединёнными цепью или шестерней.
  • V-образные - цилиндры расположены один напротив другого под углом от 10° до 120°. Мотор состоит из двух блоков цилиндров, немного смещённых относительно друг друга и соединённых общим коленчатым валом. V-образные двигатели имеют только чётное количество цилиндров (2, 4, 6, 8, 10, 12 или 16). Как правило, такие двигатели более компактные и сбалансированные, чем рядные, и обеспечивают больше мощности. Разновидностью V-образной конфигурации являются моторы Volkswagen VR5 и VR6, состоящие из двух блоков цилиндров, установленных близко друг другу под углом 10°-15° и соединённых общей головкой. Такая конфигурация совмещает в себе преимущества рядных и V-образных двигателей.
  • Оппозитные, или плоские, - цилиндры расположены в двух блоках с углом развала 180°, то есть горизонтально один напротив другого. Двигатель имеет плоскую форму и обычно применяется в заднемоторных автомобилях.
  • W-образные - цилиндры расположены в трёх или четырёх параллельных блоках и соединены общим коленчатым валом. В наше время W-образные двигатели, полученные в результате соединения двух моторов конфигурации VR, использует только компания Volkswagen.
  • Радиальные, или звездообразные, - цилиндры расположены радиальными лучами вокруг коленчатого вала через равные углы, обычно в один ряд. Такие двигатели широко применяются в авиации, а на автомобилях встречаются крайне редко.

Двигатели также различаются по количеству цилиндров:

  • 1-цилиндровый - простейшая разновидность поршневого ДВЗ, состоящая из одного цилиндра. Исторически самый первый, но несбалансированный и наименее эффективный вид силового агрегата. Применялся на ранних мотоколясках и на микроавтомобилях.
  • 2-цилиндровый - как и 1-цилиндровый, встречается чаще в 2-тактном варианте, поскольку 4-тактные моторы такого типа не обеспечивают плавности хода. Бывает трёх конфигураций: рядный, V2 и F2. Устанавливался на микрокары и автомобили конца XIX - начала XX века.
  • 3-цилиндровый - из-за нечётного количества цилиндров также является несбалансированным и бывает только рядным. 3-цилиндровые моторы небольшого объёма (до 1.2 л) ставятся на некоторые из современных малолитражек.
  • 4-цилиндровый - самый распространённый и выгодный в производстве двигатель, подходящий для любого автомобиля относительно небольших размеров. Конструкция рядного 4-цилиндрового мотора несбалансированная, но при небольшом объёме не требует дополнительного балансировочного вала. Объём современных 4-цилиндровых двигателей составляет от 0.7 до 2.3 л, хотя раньше встречались и гораздо большие агрегаты. Относительно редкими являются конфигурации V4 и F4, которые применялись в некоторых заднемоторных автомобилях и отличались повышенной шумностью.
  • 5-цилиндровый - впервые появился на Mercedes-Benz в середине 70-х гг., но до сих пор встречается нечасто. Несбалансированный и дорогой в производстве, поскольку не может быть унифицирован с 4-х или 6-цилиндровыми моторами. Бывает рядный или конфигурации VR.
  • 6-цилиндровый - исторически наиболее распространённый в рядной конфигурации, которая отличается сбалансированностью и плавностью работы, на автомобилях среднего или высшего класса. Однако из-за большой длины и трудностью поперечной установки такие двигатели постепенно уходят в прошлое. Сейчас чаще используются моторы V6, несбалансированные, но более компактные и пригодные для переднеприводной компоновки. Оппозитные 6-цилиндровые двигатели ставятся на Porsche 911.
  • 8-цилиндровый - в рядной конфигурации, несмотря на большую длину блока, является сбалансированным и создаёт минимум вибраций, но, как правило, ограничен в максимальных оборотах из-за риска деформации коленчатого вала. Использовался только в довоенные годы на люксовых автомобилях, в отличие от мотора V8, который применялся на машинах разных ценовых категорий, особенно в США, а сейчас чаще всего встречается на внедорожниках и спортивных моделях. Преимущества двигателя V8 заключаются в относительной компактности и высокой производительности, недостатки - в несбалансированности и высоких показателях расхода топлива при большом объёме.
  • 10-цилиндровый - на автомобилях бывает только V-образным, получается в результате соединения двух рядных 5-цилиндровых моторов или добавления к V8 дополнительной пары цилиндров. Устанавливается на спорткары или полноразмерные пикапы.
  • 12-цилиндровый - в V-образной конфигурации состоит из двух рядных 6-цилиндровых блоков или двух моторов V6, конструкция полностью сбалансированная. Двигатель V12 часто использовался на роскошных довоенных автомобилях, а сегодня встречается на многих суперкарах. Бывает и в варианте W12 из трёх 4-цилиндровых или четырёх 3-цилиндровых блоков, крайне редко - в оппозитной конфигурации.
  • 16-цилиндровый - V-образный встречается на автомобилях в исключительных случаях: на довоенных моделях Cadillac, Marmon и Peerless, а также на некоторых гоночных болидах. Прекрасно сбалансированный и практически бесшумный, но слишком длинный и дорогой в производстве. Двигатель W16, состоящий из двух блоков VR6, имеет только один серийный автомобиль - Bugatti Veyron.
  • 18-цилиндровый - в конфигурации W18 из трёх рядных 6-цилиндровых блоков под углом 60° использовался на нескольких прототипах Bugatti в конце 90-х гг.
Тип двигателя Устройство Пример
Рядный 2-цилиндровый
3-цилиндровый
4-цилиндровый
5-цилиндровый
6-цилиндровый
8-цилиндровый
V-образный 2-цилиндровый
4-цилиндровый
6-цилиндровый
8-цилиндровый
10-цилиндровый
12-цилиндровый
16-цилиндровый
Оппозитный 2-цилиндровый
4-цилиндровый
6-цилиндровый
8-цилиндровый
12-цилиндровый
16-цилиндровый
W-образный 6-цилиндровый
8-цилиндровый
12-цилиндровый
16-цилиндровый
18-цилиндровый
Радиальный 6-цилиндровый
8-цилиндровый
12-цилиндровый
16-цилиндровый

 

В зависимости от типа ГРМ различают нижнеклапанные и верхнеклапанные двигатели внутреннего сгорания.
 

Нижнеклапанный Верхнеклапанный
SV - Side Valve OHV - Over Head Valve SOHC - Single Over Head Camshaft DOHC - Double Over Head Camshaft
В нижнеклапанном двигателе (в США известном как L-head или Flathead) клапаны расположены в блоке, по бокам цилиндров в один ряд, тарелками вверх. Распредвал тоже находится в блоке под клапанами, на одном уровне с коленчатым валом. Такая конструкция наиболее простая в изготовлении и обслуживании; двигатель достаточно надёжный, работает тихо и имеет легко съёмную головку блока. В то же время нижнеклапанный мотор из-за длинных подходов для топливной смеси и сложной формы камеры сгорания является низкооборотным и не может иметь высокой степени сжатия (следовательно, бывает только бензиновым). Это существенно снижает его мощность и экономичность в сравнении с верхнеклапанными силовыми агрегатами. Нижнеклапанные ДВС устанавливались на большинство довоенных автомобилей (кроме спортивных), а в 50-е гг. полностью исчезли в связи с появлением топлива с высоким октановым числом.

Разновидностью нижнеклапанного типа ГРМ является схема T-head, когда впускные клапаны расположены с одной стороны блока цилиндров, а выпускные - с другой, при этом распределительных вала два. Также существовали двигатели со смешанным расположением клапанов (F-head), с верхними впускными, боковыми выпускными клапанами и одним распредвалом в блоке.

В верхнеклапанном двигателе типа OHV клапаны находятся в головке блока цилиндров, а распредвал - в самом блоке; привод клапанов осуществляется штангами-толкателями и коромыслами. Как правило, эта схема применяется только с двумя клапанами на цилиндр. В рядных двигателях распредвал установлен сбоку, в V-образных - в зазоре между блоками цилиндров. Преимущества такого ГРМ - в простоте конструкции, долговечности и компактных размерах, недостатки - в низких оборотах, крутящем моменте и мощности двигателя. Традиционно моторы OHV были распространены в США, где недостаток удельной мощности обычно компенсировался большим рабочим объёмом двигателя. В наше время механизм OHV уже практически не используется на легковых автомобилях. В двигателях типа OHC (Overhead Camshaft) клапаны и распределительный вал расположены в головке блока цилиндров. В качестве привода клапанов используются цилиндрические толкатели, рычаги (рокеры) или коромысла. Из-за удалённости распредвала от коленчатого вала его привод (ременной или цепной) имеет ограниченный ресурс. Схема SOHC предполагает один верхний распределительный вал, который управляет как впускными, так и выпускными клапанами. Применяется на моторах с двумя клапанами на цилиндр. Если двигатель имеет V-образную или оппозитную конфигурацию, он комплектуется двумя распредвалами (по одному на каждый блок). Разновидность верхнеклапанной системы OHC с двумя распределительными валами в головке блока цилиндров. Самая сложная и высокотехнологичная схема, обеспечивающая максимальную производительность. Существует несколько вариантов двигателей DOHC: с двумя клапанами на цилиндр, когда один распредвал действует на впускные клапаны, второй - на выпускные; или с тремя, четырьмя, пятью или шестью клапанами на цилиндр, когда каждый распредвал приводит в движение свой ряд клапанов. В V-образных и оппозитных двигателях система DOHC означает наличие четырёх распредвалов (по два на каждый блок), в W-образных - шести или восьми распредвалов. Сегодня большинство легковых автомобилей оснащаются двигателями DOHC с четырьмя клапанами на цилиндр.