Автомобильные двигатели — их основные виды, какие они будут в будущем
Когда вы в первый раз открываете капот автомобиля и первое, что вы видите там — это монолит, (кусок) железа обвешанный разными приспособлениями и проводами. Между прочим то что находится под капотом имеет название — двигатель автомобиля, это самая главная из систем машины. Двигатель по сути сердце автомобиля и этим всё сказано.
Двигатель автомобиля
Автомобильных моторов существует несколько видов и основное их различие по преобразованию определенного вида энергии в механическую, которая и приводит колеса машины в движение. То есть, для получения механической энергии, в двигателе автомобиля должно произойти сгорание топлива или выработка электрической энергии, зависит от вида двигателя. Сам источник энергии находиться на автомобиле и требует дозаправки, например, топливный бак.
Механическая энергия передается от двигателя на ведущие колеса при помощи трансмиссии. Трансмиссия и двигатель автомобиля имеют название — силовая установка.
В двадцатом столетие появилось много новых двигателей:
- тут и ядерные;
- и плазменные;
- и реактивные.
Но применения на автомобилях они не нашли. Сейчас в современных автомобилях применяются усовершенствованные моторы XX века, либо созданные на их основе — роторные и гибридные двигатели.
Теперь подробнее об основных видах автомобильных двигателей
1. Самый распространенный — это двигатель внутреннего сгорания, имеет сокращенное название ДВС. Этот двигатель преобразует энергию сгорающего топлива в механическую работу. Самые известные типы двигателей внутреннего сгорания — это поршневой двигатель, роторно-поршневой двигатель и газотурбинный двигатель.
Пока на автомобилях широко используются поршневые двигатели внутреннего сгорания, которые сжигают такой вид топлива, как дизельное, бензин и природный газ.
2. Далее идут электромобили — это автомобиль, у которого в качестве мотора электродвигатель.
Тяговый электродвигатель для электромобиля
Для работы такому двигателю нужна электрическая энергия, которая находится в аккумуляторных батареях, которые в свою очередь имеют малую емкость и отсюда низкий запас хода. И вот это обстоятельство считается минусом электромобилей, которое ограничивает их самое широкое применение. Но в связи с ухудшением экологии, разработки в этом направление усиленно ведутся. И в скором времени, вполне возможно, что розетки для подзарядки электрических автомобилей будут рядом с бензоколонками.
3. Ну и как же не затронуть комбинированный двигатель — это такая гибридная силовая установка, которая объединяет ДВС и электродвигатель, и связанны они через генератор.
Гибридная силовая установка
С появлением такого двигателя, уменьшены выбросы вредных веществ в несколько раз в атмосферу. И что особо важно, нет надобности заряжать аккумуляторы, батареи теперь сами подпитываются от энергетической установки. Также, такому автомобилю коробка передач не нужна. Ведь изменение силы тяги на колесах происходит автоматом, это благодаря полезным свойствам электромотора.
Видео — технология работы и устройство двигателя автомобиля:
Немного о будущем. Журналисты называют автомобилем XXI в. машину с мотором, у которой бензин является не топливом, а всего лишь сырьем для синтеза водорода. Тут получается, что смесь воздуха и водорода образует горючую смесь и оная попадает в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, а двигатель соединен с электрогенератором.
Также, заслуживает внимание и то, что этот двигатель может функционировать на бензине и природном газе.
Загрузка…Виды и типы автомобильных двигателей
Сегодня рассмотрим различные виды двигателей. В наши дни автомобильная промышленность активно развивается. И для того чтобы автомобили определенной марки покупались, разработчики делают все возможное. С этими же целями создаются все новые виды двигателей.
Виды двигателей автомобилей
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания. Этот двигатель разработали еще в 1957 году, его изобретателем стал Фройде. Если рассматривать виды двигателей автомобиля сегодня, то данная модификация является самой распространенной. Ротор или по-другому, поршень, который имеет зубчатые колеса, вращается внутри цилиндра.
Именно такая конструкция позволила создать четырехконтактный цикл, без еще одного, дополнительного механизма распределения газа. Однако на практике, данные виды двигателей автомобиля получили распространенное применение в виде трехгранного ротора.
- Тепловой агрегат или по-другому газовый двигатель работает по циклу Отто. Основой работы такого двигателя является постоянный объем. Отличительной чертой такого двигателя по сравнению с бензиновым, здесь необходимо более высокая степень сжатия за счет того, что октановое число больше.
- В основном сегодня на автомобили устанавливают дизельный, поршневый или бензиновый двигатель.
- Дизельный двигатель. Это поршневой двигатель внутреннего сгорания. Такие двигатели работают на дизельном топливе. А их основным принципом работы является сжатие и воспламенение воздуха от высокой температуры.
- Бензиновый двигатель. Такой вид двигателя внутреннего сгорания, работает по принципу сжатой предварительно воздушно — топливной смеси, которая воспламеняться от электрической искры. Регулировкой подачи воздуха в двигатель и происходит все управление мощностью двигателя
- Поршневой двигатель. В таком двигателе, поступательные движения поршня происходят в результате того, что тепловая энергия увеличивает газы в объеме, которые образовались в результате того, что горючее сгорело в замкнутом пространстве.
Водородный двигатель для автомобиля
По мнению очень большого количества людей, водородный двигатель для автомобиля является превосходной альтернативой дизельному и бензиновому двигателю. На сегодняшний день существует только два вида таких двигателей, но при этом они работают по совершенно разным принципам.
- 1. Первый вид, это водородный двигатель внутреннего сгорания, он работает по аналогии бензинового двигателя.
- 2. Второй вид, это водородный двигатель с топливными элементами. Он работает при помощи смешивания кислорода и водорода, вследствие этого электроэнергия и вырабатывается.
Водородный двигатель автомобиля внутреннего сгорания, работают точно по такому же принципу, как и все остальные двигатели внутреннего сгорания. Единственное, что для горения они используют не нефтепродукты, а водород.
Но следует заметить, что имеются некоторые ограничения у водородного двигателя внутреннего сгорания, именно они и делают его не очень практичным. Ведь для того, чтобы из водорода получилась энергия, первый должен находиться в жидком виде, а это требует постоянного его охлаждения до очень низких температур. В свою очередь такие низкие температуры, могут деформировать не только топливный бак, но и другую часть автомобиля.
Укрепление и изоляция автомобиля существенно увеличивает стоимость производства авто, что делает его недоступным для людей, имеющих средний достаток.
Альтернативной вышеописанной модели считается модель на элементах топлива. В таком двигателе, смесь кислорода и водорода происходит внутри топливного элемента и ведет к образованию воды. Благодаря данному процессу выделяется электроэнергия, она накапливается и используется для работы двигателя.
Самые надежные двигатели легковых автомобилей
На современном автомобильном рынке представлено немалое количество автомобильных двигателей. Это и дизельные, и водородные, и газовые, и электрические, и всем привычные бензиновые автомобильные двигатели.
Кроме того, у каждого вида двигателя есть свои собственные нюансы эксплуатации. Поэтому, если вас интересует вопрос, какие самые надежные двигатели легковых автомобилей, то для того чтобы правильно изучить этот вопрос, начните с того, как вы будете эксплуатировать свой автомобиль.
Если говорить о бензиновом двигателе, то он считается все еще пока самым лучшим для городского цикла. Ему все равно сколько раз вы его будете глушить и заводить, он отлично выдерживает городские пробки, но цена на бензин в последнее время не очень радует.
Что касается газового двигателя, то такой автомобиль считается более экономичным, чем остальные, но уход за ним необходимо осуществлять особый. Кроме того очень часто в салоне ощущается запах газа.
Назначение и виды автомобильных двигателей
Двигатель автомобиля представляет собой совокупность механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую. На современных автомобилях наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, в которых расширяющиеся при сгорании топлива газы воздействуют на движущиеся в их цилиндрах поршни. Бензиновые двигатели работают на легком жидком топливе — бензине, который получают из нефти. Дизельные двигатели работают на тяжелом жидком топливе — дизельном, получаемом также из нефти. Из указанных двигателей наиболее мощными являются бензиновые, наиболее экономичными и экологичными — дизели, имеющие более высокий коэффициент полезного действия. Так, при равных условиях расход топлива у дизелей на 25 …30% меньше, чем у бензиновых двигателей.
У двигателей с внешним смесеобразованием горючая смесь готовится вне цилиндров, в специальном приборе — карбюраторе (карбюраторные двигатели) или во впускном трубопроводе (двигатели с впрыском бензина) и поступает в цилиндры в готовом виде. У двигателей с внутренним смесеобразованием (дизели, двигатели с непосредственным впрыском бензина) приготовление горючей смеси производится непосредственно в цилиндрах путем впрыска в них топлива. В двигателях без наддува наполнение цилиндров осуществляется за счет вакуума, создаваемого в цилиндрах при движений поршней из верхнего крайнего положения в нижнее. В двигателях с наддувом горючая смесь поступает в цилиндры под давлением, которое создается компрессором. Принудительное воспламенение горючей смеси от электрической искры, возникающей в свечах зажигания, производится в бензиновых двигателях, а воспламенение от сжатия (самовоспламенение) — в дизелях.
Основные типы двигателей
Применяемые на автомобилях двигатели подразделяются на типы по различным признакам
У четырехтактных двигателей полный рабочий процесс (цикл) совершается за четыре такта (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), которые последовательно повторяются при работе двигателей. Рядные двигатели имеют цилиндры, расположенные в один ряд вертикально или под углом 20…40° к вертикали. V-образные двигатели имеют два ряда цилиндров, расположенных под углами 60, 75° и чаще 90е. V-образный двигатель с углом 180° между рядами цилиндров называется оппозитным. Двух-, трех-, четырех- и пятицилиндровые двигатели выполняются обычно рядными, а шести-, восьми- и многоцилиндровые — V-образными. В двигателях с жидкостным охлаждением в качестве охлаждающего вещества используют антифризы (низкозамерзающие жидкости), температура замерзания которых -40 °С и ниже. В двигателях с воздушным охлаждением охлаждающим веществом является воздух. Большинство двигателей имеет жидкостное охлаждение, так как оно наиболее эффективное.
Основные определения и параметры двигателя
Рассмотрим основные параметры двигателя, связанные с его работой Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси коленчатого вала. Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала. В мертвых точках поршень меняет направление движения, и его скорость равна нулю. Ход поршня (S) — расстояние между мертвыми точками, проходимое поршнем в течение одного такта рабочего цикла двигателя. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота). Такт — часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое. Рабочий объем цилиндра (Vk) — объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ. Объем камеры сгорания (Vc) — объем пространства над поршнем, находящимся в ВМТ. Полный объем цилиндра (Va) — объем пространства над поршнем, находящимся в НМТ:
va=vk+vc.
Рабочий объем (литраж) двигателя — сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах (см3). Степень сжатия (s) — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, т.е. s = Va/Vc
Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается смесь в цилиндре двигателя при ходе поршня из НМТ в ВМТ. При повышении степени сжатия увеличивается мощность двигателя и улучшается его экономичность. Однако повышение степени сжатия ограничено качеством применяемого топлива и увеличивает нагрузки на детали двигателя. Степень сжатия для бензиновых двигателей современных легковых автомобилей составляет 8 — 10, а для дизелей 15 — 22. При таких степенях сжатия в бензиновых двигателях не происходит самовоспламенение смеси, а в дизелях, наоборот, самовоспламенение смеси обеспечивается. Ход S поршня и диаметр D цилиндра определяют размеры двигателя. Если отношение S/D < 1, то двигатель является короткоходным. Большинство двигателей легковых автомобилей короткоходные.
Порядок работы двигателя
Порядком работы двигателя называется последовательность чередования рабочих ходов по цилиндрам двигателя. Для равномерной и плавной работы двигателя рабочие ходы и другие одноименные такты должны чередоваться в определенной последовательности в его цилиндрах. При этом чередование должно происходить через равные углы поворота коленчатого вала двигателя, величина которых зависит от числа цилиндров двигателя. В четырехтактном двигателе рабочий процесс совершается за два оборота коленчатого вала, т.е. за поворот вала на 720°. Число рабочих ходов равно числу цилиндров двигателя. Их чередование для четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателей будет происходить соответственно через 180, 120 и 90° поворота коленчатого вала.
Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигателя и числа цилиндров. Так, например, у коленчатого вала рядного четырехцилиндрового двигателя,
Внешняя скоростная характеристика двигателя
Внешней скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности Ne и крутящего момента Ме от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива. Эффективной называется мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Внешняя скоростная характеристика определяет возможности двигателя и характеризует его работу. По внешней скоростной характеристике определяют техническое состояние двигателя. Она позволяет сравнивать различные типы двигателей и судить о совершенстве новых двигателей.
На внешней скоростной характеристике (рис.6) выделяют следующие точки, определяющие характерные режимы работы двигателя:
Nmax – максимальная (номинальная) мощность;
nN – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности;
Мmax – максимальный крутящий момент;
nM – частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;
nmin – минимальная частота вращения коленчатого вала, при которой двигатель работает устойчиво при полной подаче топлива;
nmax – максимальная частота вращения.
Из характеристики видно, что двигатель развивает максимальный момент при меньшей частоте вращения, чем максимальная мощность.
Это необходимо для автоматического приспосабливания двигателя к возрастающему сопротивлению движения. Например, автомобиль двигается по горизонтальной дороге при максимальной мощности двигателя и начинает преодолевать подъем. Сопротивление дороги возрастает, скорость автомобиля и частота вращения коленчатого вала уменьшаются, а крутящий момент увеличивается, обеспечивая возрастание тяговой силы на ведущих колесах автомобиля. Чем больше увеличение крутящего момента при уменьшении частоты вращения, тем выше приспосабливаемость двигателя и тем меньше вероятность его остановки. Для бензиновых двигателей увеличение (запас) крутящего момента достигает 30 %, а у дизелей — 15 %.
В эксплуатации большую часть времени двигатели работают в диапазоне частот вращения nM—nN, при которых развиваются соответственно максимальные крутящий момент и эффективная мощность. Внешнюю скоростную характеристику двигателя строят по данным результатов его испытаний на специальном стенде. При испытаниях с двигателя снимают часть элементов систем охлаждения, питания и др. (вентилятор, радиатор, глушитель и др.), без которых обеспечивается его работа на стенде. Полученные при испытаниях мощность и крутящий момент приводят к нормальным условиям, соответствующим давлению окружающего воздуха 1 атм и температуре 15 °С. Эти мощность и момент называются стендовыми, и они указываются в технических характеристиках, инструкциях, каталогах, проспектах и т.п. В действительности мощность и момент двигателя, установленного на автомобиле, на 5… 10 % меньше, чем стендовые. Это связано с установкой на двигатель элементов, которые были сняты при испытаниях (насос гидроусилителя, компрессор и др.). Кроме того, давление и температура при работе двигателя на автомобиле отличаются от нормальных.
При проектировании нового двигателя внешнюю скоростную характеристику получают расчетным способом, используя для этого специальные формулы. Однако действительную внешнюю скоростную характеристику получают только после изготовления и испытания двигателя.
Основные параметры двигателей автомобиля и их типы
Сердце автомобиля – ДВС или двигатель внутреннего сгорания, сложный технологический узел, обладающий множеством параметров. Их необходимо знать автолюбителю, чтобы ориентироваться при выборе автомобиля и ориентироваться во время эксплуатации и при ремонте. Наиболее значимыми параметрами являются:
- Объем камер сгорания – определяет показатель расхода топлива и в значительной степени мощности;
- Мощность – измеряется в киловаттах, но чаще используются лошадиные силы;
- Крутящий момент – тяговое усилие;
- Расход топлива – показатель указывается в литрах на 100 км. При этом учитываются дорожные условия: город, шоссе, смешанный режим;
- Расход масла — тут важно учитывать тип, а порой и марку потребляемого масла.
Типовые параметры работы двигателей
Существует разделение ДВС на такие типы:
- Бензиновые – часто используются в гражданском автомобилестроении, наиболее распространенный тип;
- Дизельные – эти агрегаты отличаются надежностью и экономичностью. При этом несколько уступают бензиновым аналогам в динамике (набор скорости), но выигрывают по показателям проходимости. Широко используются военными, распространены в гражданском автомобилестроении;
- Газовые – используют в качестве топлива сжиженный, природный, сжатый газ, который закачивается в специальные баллоны;
В список можно включить гибридные газодизельные агрегаты и роторно-поршневые. Последний тип широко использовался авиацией до середины XX века, в современных условиях встречается редко.
Количество цилиндров двигателя
Количество цилиндров в ДВС определяют его мощность. В процессе технической и технологической эволюции их количество постепенно увеличилось с 1 до 16. С увеличением количества цилиндров сами агрегаты становились больше. Решением в части экономии пространства стала концепция расположения цилиндров.
Расположение цилиндров
Существует такое понятие, как конфигурация двигателя, она определяется компоновкой цилиндров, их расположением. Можно выделить 2 основных типа – рядный, когда цилиндры расположены в ряд и V-образный. Второй тип наиболее часто используется в современном автопроме. В этом случае цилиндры располагаются под углом и соединяются с коленчатым валом, образуя латинскую букву V. Такая компоновка имеет подвиды:
- W-образное расположение цилиндров;
- Y-образное расположение цилиндров.
Реже применяются компоновки, образующие форму латинских букв U и H.
Объем двигателя
Рабочий объем ДВС определяет его мощность. Этот параметр измеряется в см3, но чаще в литрах. Он определяется путем суммирования внутреннего объема всех цилиндров силового агрегата. За основу в вычислениях берется поперечное сечение цилиндра и умножается на длину хода по нему поршня. В результате получается рабочий объем.
Параметр также определяет во многих странах мира сумму сборов. Соответственно чем больше объем, тем мощнее двигатель, а значит, его владелец заплатит больший взнос. Перспективным направлением разработок современности являются ДВС с изменяемым объемом. Это технология, когда при определенных условиях цилиндры отключаются.
Материал, из которого изготавливается двигатель
Основным материалом в производстве двигателей являются металлы и их сплавы:
- Чугун – обеспечивает надежность и прочность, но минусом является внушительный вес;
- Алюминиевые сплавы – дают неплохую прочность, при этом легкие. Недостаток – большая стоимость;
- Магниевые сплавы – наиболее дорогостоящий материал, отличается высокой прочностью.
Многие производители автомобилей комбинируют материалы. Это во многом диктуется принадлежностью модели к тому или иному классу, что ставит ее в определенные ценовые рамки.
Мощность двигателя
Основополагающий параметр ДВС. Он измеряется в лошадиных силах, реже в кВт (киловатты). Мощность определяет скоростной предел и динамику разгона. Это еще один важный момент в условиях высокой конкуренции между производителями. Серьезная борьба идет в сегменте премиумных, спортивных автомобилей, а также в классе роадстеров и мускулкаров. Здесь разгон от 0 до 100 км/ч играет важную роль и может быть меньше 4 секунд.
Крутящий момент
Крутящий момент – параметр, определяющий тяговую силу мотора, обозначается Н/м (Ньютоны на метр). Значение непосредственно связано с мощностью и динамикой, хотя и не является для них определяющим. В значительной степени крутящий момент влияет на «эластичность» силового агрегата. Под этим словом подразумевается возможность ускоряться при низких оборотах. Соответственно, чем больше ускорение, тем эластичней мотор.
Расход топлива
Показатель потребления топлива двигателем зависит от его рабочего объема, а соответственно мощности. Основополагающую роль играет тип топливной системы:
- Карбюраторная;
- Инжекторная.
Измеряется показатель в литрах на 100 км. Техническая документация современных автомобилей предоставляет данные о расходе топлива при нескольких режимах движения: езда по городу, трассе, смешанный тип. В некоторых моделях, преимущественно внедорожниках, указывается расход при движении в условиях бездорожья, так как задействуются все 4 колеса и потребление бензина, дизеля значительно возрастает.
Тип топлива
ДВС могут потреблять разные виды топлива, но в основном используются:
- Бензин – продукт переработки нефти-сырца или вторичной перегонки нефтепродуктов. Основополагающим показателем является октановое число, которое указывается в цифрах. Буквенное сочетание, стоящее перед цифрами «АИ» означает:
А – бензин автомобильный;
И – октановое число определено исследовательским способом. Если этой буквы в маркировки нет, значит, октановое число выведено моторным методом.
Российские стандарты предусматривают такие марки бензина: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее востребованными в настоящее время являются марки с октановым числом 92,95,98; - Дизель или дизельное топливо – получается путем промышленного перегона нефти. В его состав входят 2 вещества:
1. Цетан – легковоспламеняющийся компонент, чем его содержание больше, тем выше качество топлива;
2. Метилнафталин – не горючий компонент.
Основополагающими характеристиками дизеля являются: прокачиваемость и воспламеняемость. В зависимости от спецификации подразделяется на: летнее, зимнее, арктическое (ориентировано на использование при экстремально низких температурах).
Также ДВС в качестве топлива может использовать газы: метан, пропан, бутан. Для этого на автомобиль устанавливаются специальные системы.
Расход масла
Показатель расхода масла указывается производителем автомобиля в технической документации к нему. Нормальным считается потребление смазки в соотношении 0,8–3% от потребляемого количества топлива. Также на этот показатель влияет размер двигателя, он увеличивается на больших, мощных агрегатах, особенно дизельных.
Различают расход масла:
- Штатный – испарение смазочного материала с цилиндров, выдавливание через картер газами, смазка компрессора турбины;
- Нештатный – течи уплотнений, потеря масла через сальники коленвала, маслосъемные поршневые кольца, перемычки поршня, когда происходит их разрушение.
К чрезмерному расходу приводит использование масла низкого качества и несоответствующей требованиям технической эксплуатации марки.
Ресурсная прочность
Ресурсная прочность – показатель, определяющий частоту проведения ТО. Измеряется пробегом. Оптимальное количество пройденных километров от 5000 до 30 000. Этот показатель дает возможность рассчитать максимальный срок эксплуатации силового агрегата.
Тип топливной системы
На бензиновые и дизельные моторы устанавливаются разные типы топливных систем. Бензиновые агрегаты могут оснащаться карбюраторной или инжекторной системой. Первая основана на механическом принципе, подача топлива регулируется дроссельной заслонкой. Второй тип – инжекторный позволяет осуществлять настройки с помощью электронных средств. Это значительно увеличивает КПД двигателя, сокращает расход топлива.
Дизельные агрегаты оснащаются ТНВД (топливными насосами высокого давления). Это устройство считается устаревшим и ненадежным. Чаще всего оно используется совместно с форсунками, обладающими функциями насоса. Но сами по себе они не могут обеспечить стабильную работу двигателя.
Тип бензиновой системы впуска
Существует 2 разновидности топливных бензиновых систем: карбюраторная, инжекторная. Они отличаются конструктивным устройством, а также принципами подачи топлива в цилиндры:
- Карбюратор вливает бензин сплошным потоком, что затрудняет его смешивание с воздухом и детонацию. Это приводит к увеличенному расходу топлива, снижению технических характеристик мотора;
- Инжекторная система превращает топливо в мелкодисперсную субстанцию – распыляет его. Это дает ему возможность быстро смешиваться с воздухом внутри цилиндра и приводит к увеличению характеристик двигателя и уменьшению расхода топлива.
Тип бензиновой системы впрыска
Существует одноточечная и многоточечная система впрыска. Первая не используется на современных моторах, вторая, в свою очередь, многоточечная система бывает:
- Распределенной. Она обеспечивает стабильную работу силового агрегата, но не обеспечивает высокую динамику и не увеличивает мощность;
- Прямой. В этом случае обеспечивается оптимальный расход топлива, увеличивается мощность двигателя и его ресурсная прочность. Недостатком системы является нестабильность работы на малых оборотах. Также минусом можно считать высокую требовательность к качеству бензина.
Дизельная система впрыска
Классическая схема впрыска топлива дизельного ДВС выглядит так:
- ТНВД – топливный насос высокого давления подает горючее в рампу;
- В рампе дизельное топливо нагнетается и с помощью форсунок-насосов подается в камеру сгорания.
На сегодняшний день это наиболее надежная схема впрыска дизельного топлива.
Форсунки впрыска
По принципу работы форсунки впрыска бывают:
- Механические;
- Пьезотронные.
Последние обеспечивают плавную работу двигателя. Больше ни на какие характеристики мотора форсунки впрыска не влияют.
Количество клапанов
Клапана, их количество влияет на показатель мощности мотора. Считается, что при большем количестве клапанов, работа двигателя становится плавнее. Устанавливаются они на впуск и выпуск цилиндра от 2 до 5 штук. Недостатком большого количества клапанов является увеличенный расход топлива.
Компрессор
Главная функция компрессора – повышение мощности ДВС без увеличения его размеров. Это делается с помощью нагнетания в камеру сгорания большего объема воздуха, что позволяет делать взрыв топливной смеси более мощным. Устанавливается компрессор на впускную систему автомобиля.
Компрессор приводится в движение механическим способом через соединение с коленвалом. Это делается посредством ремня или цепи. Турбокомпрессор нагнетает воздух под действием потока газов, которые крутят турбину, отвечающую за подачу дополнительной порции атмосферной массы.
Компрессоры по принципу подачи воздуха делятся на:
- Центробежные – простая конструкция, где нагнетателем является крыльчатка;
- Роторные – воздух нагнетается кулачковыми валами;
- Двухвинтовые – функции нагнетателей выполняют винты, расположенные параллельно друг другу.
Система газораспределения
ГРМ или газораспределительный механизм отвечает за потоками газов в цилиндре. Он также выполняет функцию переключателя фаз процесса распределения. Принцип действия основан на блокировании и открывании впускных и выпускных отверстий камер сгораний. Это делается при помощи регулировочных элементов:
- Клапанов;
- Валов с приводами;
- Толкателей;
- Коромысел;
- Шлангов.
По принципу управления процессом распределения газов ГРМ разделяются на:
- Клапанные;
- Золотниковые;
- Поршневые.
Автомобильные двигатели. Описание и технические термины.
Коротко о конструкции карбюраторного и инжекторного автомобильного двигателя.Названия и сокращения технических терминов и пояснения к ним
Не пугайтесь, вы не на лекции по теории конструирования всех двигателей на свете!
Первая часть статьи — упрощенное ознакомления с базовыми принципами работы некоторых, а не всех, двигателей.
Вторая часть статьи — описание популярных технических терминов и сокращений.
Особенности статьи:
1. Во-первых, рассмотрим только бензиновые двигатели, и только потому, что их больше всего.
2. Во-вторых, ознакомление короткое и адаптировано под автовладельца, а не высококвалифицированного автолюбителя.
Итак, начинаем . Без начальной упрощенной теории не обойдемся.
Все цилиндровые тепловые двигатели можно условно разделить на две группы: двигатели внешнего сгорания и двигатели внутреннего сгорания. К двигателям внешнего сгорания относятся, в первую очередь, паровая машина и двигатель Стирлинга, а к двигателям внутреннего сгорания — традиционный бензиновый двигатель, а также двигатель Дизеля. Главное принципиальное отличие бензиновых и дизельных двигателей — это то, что в бензиновом двигателе подготовлена бензиново-воздушная смесь сжимается, а затем поджигается и сгорает, а в дизельном сжимается только воздух, в максимально сжатый воздух впрыскивается порция дизельного топлива (его названия — керосин, солярка ) и полученная воздушно-топливная смесь сама загорается при большом давлении (компрессионное зажигание), но в дизельном моторе есть и дополнительные средства для поджигания смеси (Жаров зажигания).
Чтобы статья не была слишком большой, дизельные двигатели пропускаем. Автовладельцы — дизелисты, для вас будет написана отдельная статья.
Химический процесс идет в двигателе вашей машины? Идеальный процесс вот такой:
Бензин и воздуха при идеальном сгорании дают двуокись углерода, он для нас не полезен и безвреден, потому что мы этот двуокись углерода выдыхаем, а также дают воду. Азот в реакции не вступает, он только входит и выходит, как в известном мультфильме.
Обратите внимание, при сгорании бензина образуется также вода, даже если воду не доливали в бензин на АЗС. Видели пар из выхлопной трубы зимой? Это подтверждает, что при сгорании бензина образуется также вода.
Чем лучше зформуемо топливную смесь, тем меньше вредных выбросов в воздух дает наша машина.
Подача и формирования топлива — главный признак, по которому бензиновые двигатели внутреннего сгорания делятся на инжекторные и карбюраторные.
Привычный двигатель, не «Мазератти» и не «Феррари», может нормально работать при скоростях от 800 оборотов в минуту до 7000 оборотов в минуту, его динамический диапазон, то есть соотношение максимальной скорости до последней, примерно равна 9 . Наиболее эффективно двигатель работает в достаточно узком диапазоне оборотов, примерно от 2000 до 3500 оборотов. При меньших скоростях очень уменьшается мощность двигателя и крутящий момент, при больших скоростях падает энергоэффективность мотора. Вот почему водителям новичкам несколько раз объясняют простые правила:
вверх едешь — надо, чтобы на тахометре было не менее , чем 2500-3000 ,
по ровному едешь — надо, чтобы на тахометре было не более чем 3000-3500 ,
вниз едешь — не нажимайте на педаль «газа», и следишь, чтобы на тахометре обороты было поменьше. Для выполнения этих правил новичков учат вовремя переходить на высшую или низшую передачу.
Терминология. Детонация, детонационное сгорание
При слишком большом сжатии бензиново-воздушной смеси возникает сгорания, при котором фронт огня распространяется в цилиндре в десятки раз быстрее, чем при обычном сгорании, эта скорость больше скорости звука,
Обычное сгорания. Фронт огня несет температуру возгорания в той части воздушно-топливной смеси, которая еще не сгорела.
Детонационное сгорание. Когда давление смеси слишком большой, между фронтом огня и несгоревших частью топливной смеси образуется чрезвычайно узкий промежуток воздушно-топливной смеси, который сжатый гораздо сильнее и имеет температуру, выше температуры возгорания, этот промежуток называется ударной волной. Уже НЕ огнем передается температура возгорания в той части смеси в цилиндре, которая еще не сгорела, а сама ударная волна передает эту температуру, в результате огонь распространяется в цилиндре двигателя с зазвуковою скоростью. Ударная волна при детонационно сгорании многократно отражается от стенок цилиндра, и этот быстрый процесс приводит к тому, что мы слышим в двигателе звуки, похожие на звонкие металлические удары.
Если захотелось слишком быстро разогнаться и водитель слишком сильно нажал на педаль «газа», он начинает слышать «дзинь-дзинь-дзинь» в двигателе, значит, детонация уже идет.
Для тех, кто о детонации «уже что-то слышал» от знакомых алкоголиков в гараже:
1. Поршень НЕ стучится о стенки цилиндра при детонации. Он и так движется в тесном контакте с стенками цилиндра.
2. НЕ пальцы вам стучат при детонации. Этот колокол создает чрезвычайно быстрый фронт огня в цилиндре при детонации. Хорошо разбиты пальцы также умеют стучать, но без «звона».
3. Октановое число топлива действительно повышается при добавлении в топливо различных примесей, и детонация уменьшается, но двигатель от тех примесей очень быстро портится.
Терминология. Октановое число
Бензин на заправках характеризуется октановым числом. Чем больше октановое число, тем больше можно сжимать такую топливную смесь без возникновения детонации.
Определение октанового числа проводится экспериментально. Есть специальные тестовые двигатели с изменяемой степенью сжатия в камере сгорания, и на этом двигателе определяют, при котором сжатии уже начинается детонация. Конечно, при таком тестировании нужны еще некоторые параметры, мы это уточнение пропускаем. Затем при определенном максимальном сжатии вместо бензина подают топливную смесь изооктана (который вообще не детонирует) и гептана (который детонирует всегда). Пропорция изооктана и гептана, что дает такие же детонационные характеристики, как у бензина, называется октановым числом этого бензина.
Никто не возит с собой баллоны с изооктаном и гептаном, чтобы проверить бензин на заправке. Тестовая установка (тестовый двигатель) время от времени калибруется с помощью смеси изооктана и гептана.
Терминология. Этилированный бензин
Ранее октановое число бензина повышали добавлением в бензин раствора тетраэтилсвинца, отсюда пошло название «этилирования бензина». Сейчас намного лучше добавки, никто тетраэтилсвинец не прибавляет, но название осталось.
Внимание! Добавление этанола в бензин (био-бензин) не является этилирования, и никак не связано с повышением октанового числа. Бензин, к которому добавлен этанол (как правило, этанол с примесями метанола), дает медленный фронт огня (это лучше для двигателя), меньшую температуру горения (это лучше для двигателя), уменьшение мощности двигателя на 3-5% (это хуже для кошелька , но бензин с этанолом обычно дешевле), значительно лучше и чище сгорания (это лучше для экологии), в целом добавления этанола является полезным действием, и оно не выгодно на максимально скоростных режимах двигателя, который традиционно не адаптирован под такую смесь.
Продолжаем. Очень коротко — о карбюраторные двигатели
Если собрать вместе все книги, написанные о карбюратор, они будут весить больше, чем ваш автомобиль. Итак, в цилиндры двигателя подается бензиново-воздушная смесь, в ней капли бензина по возможности маленькие, а соотношение количества бензина и воздуха по возможности такое, чтобы в цилиндрах не возникало детонационного сгорания бензина.
Формируется топливная смесь достаточно просто: в карбюраторе некоторая часть воздушного потока воздуха проходит через тоненькую трубочку эмульсионного канала, в канале на определенной высоте находится жидкость с приятным названием «бензин». Воздуха, движущегося в карбюраторе, согласно закону Бернулли, имеет тем меньше давление, чем быстрее движется. Благодаря уменьшенному давления бензин в эмульсионном канале поднимается вверх, а трубка эмульсионного канала имеет много дырочек, и чем выше поднимается уровень бензина, тем через большее количество дырочек он вытекает в эмульсионном накале и смешивается с воздухом, образуя бензиново-воздушной топливную смесь.
Не сомневайтесь, я несколько упростил. На некоторых режимах эта конструкция не очень справляется со своей задачей.
1. В начале значительной нагрузки на двигатель требуется дополнительное впрыска бензина в смесь, в карбюраторе для этого есть насос-ускоритель. Он дополнительно «пшикает» бензином во впускной коллектор при резком нажатии на педаль газа.
2. На холостом ходу лучше формировать топливную смесь отдельным каналом. Он так и называется: «канал холостого хода». В рабочей камере карбюратора немного трудно формировать небольшое количество смеси для холостого хода.
3. При работе холодного двигателя требуется больше разрежение воздуха в эмульсионной камере. Дополнительная воздушная заслонка ( «подсос») выполняет эту функцию.
4. На больших скоростях надо дополнительно формировать топливную смесь во второй камере карбюратора. Если по-простому сделать первую рабочую камеру карбюратора чуть больше, она будет плохо работать на средних и малых оборотах двигателя.
5. Если бы не экология, карбюратор можно было бы как-то терпеть. Чтобы не отравлять воздух картерными газами, их надо снова подавать в карбюратор для дожигания. На неновом двигателе давление картерных газов немного великоват, они наполнены микрокапельки грязного моторного мвсла. Это очень засоряет карбюратор, он бесконечно хочет прочистки.
Особенности карбюратора: топливная смесь формируется не нормально, экономичность может быть лучше, карбюратор относительно быстро загрязняется при некоторой изношенности стенок цилиндров и компрессионных колец на поршнях. Зимой заведения карбюраторного двигателя часто напоминает шаманство и танцы с бубном. Карбюратор только примерно адаптирован под разные режимы работы двигателя.
Терминология. Поршневые кольца
Это действительно кольца, и они находятся на поршне, который движется внутри цилиндра. Маслозьйомни кольца существуют для того, чтобы масло из картера двигателя (нижней части двигателя) по возможности не попадал в рабочую камеру сгорания в цилиндре, но все же смазывали стенки цилиндра.
Компрессионные кольца делают рабочую камеру цилиндра более плотной, по возможности не дают выхлопным газам прорываться в картер двигателя.
Масло в двигателе нужно не только для того, чтобы смазывать двигатель. Оно нужно, чтобы смазывать стенки цилиндров (это очень важно) и заодно смазывать все другие узлы двигателя (это тоже неплохо).
Инжекторные двигатели. Здесь будет подробнее
Кто первый на практике применил прямой впрыск бензина в двигателе внутреннего сгорания? Конструкторы начали с дизельных двигателей. Система впрыска, которую разработал Рудольф Дизель, была довольно громоздкой и несовершенной, лучшие характеристики были в системы впрыска, разработанной Герберт Акройд Стюарт. А косвенный впрыск бензина впервые применил в 1902 году французский авиационный инженер Леон Лепелетье на авиационном двигателе «Антуанетта 8V». В 1916 году российские инженеры Микулин и Стечкина применили в авиационном двигателе косвенную систему впрыска бензина, этот двигатель так и не пошел в серийное производство.
( Уклоняемся от темы: в российской технической литературе по тупым упрямством напоминают лишь о конструкции Микулина и Стечкина. А дальше, мол, мировые конструкторы лишь немного эту конструкцию подкорректировали. Может, много дурного «патриотизма», а может, много лени, чтобы прочитать другую литературу).
Прямой впрыск бензина был применен на двигателе «Hesselman» шведского инженера Йонаса Хессельмана в 1925 году.
А вот первое массовое применение инжекторной системы формирования бензино-воздушной смеси было сделано в военной авиации. Это сделала фирма «Messerschmitt AG», авиастроительная фирма Германии, действовавшей в 1938-1945 и 1956-1968 годах. Первоначальное название фирмы — «Messerschmitt-Flugzeugbau Gesellschaft», эту фирму основал в 1923 году Вилли Мессершмитт. Прямой впрыск топлива на истребителях «Мессершмитт» давал возможность значительно большего маневрирования самолетом на больших высотах, без риска, что мотор заглохнет, и мощность мотора при этом была выше. В двигателях «Мессершмитт» была еще одна техническая новинка: переменный угол атаки лопастей пропеллера, это увеличивало тяговую силу на больших высотах. Конечно, эти двигатели конструктивно очень отличались от современных. Многие последующих изменений конструкторы сделали позже, без участия «Messerschmitt AG» и лично Вилли Мессершмитта.
От истории переходим к практике. Инжекторная система подачи топлива постепенно и уверенно вытесняет карбюраторную систему. Двигатели, имеющие такую систему, называют инжекторными двигателями. Посмотрите на этот рисунок.
В конце 70-х годов 20-го века и начала 80-х годов инжекторный впрыск топлива в автомобильном двигателе набирает популярность (конечно, это не касается некоторых стран), а с началом 21-го века точечный инжекторный впрыск топлива частично вытесняется прямым инжекторным впрыском .Что заставило конструкторов делать все эти изменения?
Главная причина перехода на инжекторе двигателя — экология. Конструкторы начали с каталитического нейтрализатора отработавших газов. Но катализатор эффективно работает только при сжигании в двигателе так называемой «стехиометрической» топливо-воздушной смеси (весовое соотношение воздух / бензин = 14,7: 1). Любое отклонение состава смеси от указанного приводит к падению эффективности двигателя. Для стабильной поддержки такого соотношения рабочей смеси карбюраторные системы уже не подходили.
Первые инжекторные системы были чисто механическими с незначительным использованием электронных компонентов. Но практика использования этих систем показала, что параметры смеси, на стабильность которых рассчитывали разработчики, изменяются при эксплуатации автомобиля. Выход был найден. В систему ввели обратная связь: в выпускную систему, перед катализатором, поставили датчик содержания кислорода в выхлопных газах, так называемый лямбда-датчик, или лямбда-зонд. По сигналам датчика кислорода электронный блок управления (ЭБУ) корректирует подачу топлива в двигатель, точно выдерживая нужный состав смеси. Блок ЭБУ может в литературе называться «контролер».
Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие преимущества:
— точное дозирование топлива, следовательно, более экономный двигатель.
— снижение токсичности выхлопных газов.
— увеличение мощности двигателя примерно на 7-10%.
— улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска немедленно реагирует на любые изменения нагрузки, изменяя параметры топливно-воздушной смеси.
— легкость запуска двигателя, независимо от погодных условий. И зимой тоже!
Немного о конструкции. Датчики инжекторного двигателя
Датчик массового расхода воздуха служит для расчета циклового наполнения цилиндров. Измеряется массовый расход воздуха, которая затем перечисляется программой в цилиндрическое цикловое наполнения. При неисправности датчика управления двигателем идет по аварийными таблицами.
Вместо датчика массового расхода воздуха в двигателе может быть датчик давления во впускном коллекторе. Разница небольшая, потому что давление во впускном коллекторе зависит от скорости прохождения воздуха в коллекторе. Это я опять вспомнил о законе Бернулли.
Неисправность этого датчика очень ухудшает движение автомобиля под нагрузкой (например, когда едете вверх). Иногда при неисправности этого датчика машина едет немного лучше с отключенным датчиком.
Датчик положения дроссельной заслонки — для расчета фактора нагрузки на двигатель и его изменения в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, обороты двигателя и циклового наполнения цилиндров двигателя топливной смесью.
Некоторые автомеханики называют этот датчик «позиционер», такая терминология популярна для дизельных двигателей.
Этот датчик традиционно находится на той же оси, на которой вращается дроссельного заслонка. Чем сильнее мы нажмем на «газ», тем больше открывается дроссельного заслонка, увеличивая количество воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Если бы мы очень плавно нажимали на педаль газа и чрезвычайно плавно отпускали ее, датчик положения дроссельной заслонки можно было бы выбросить. При резких изменениях рабочих режимов датчик помогает контроллеру более правильно дозировать подачу бензина в двигатель.
Датчик зачастую являются реостатным, это переменный резистор с тремя выводами. Современные датчики работают на эффекте Холла, и практически не изнашиваются.
Неисправность датчика очень ухудшает динамические характеристики двигателя, в некоторых редких случаях двигатель не заводится, но заводится с отключенным датчиком. С отключенным исправным датчиком машина едет гарантированно хуже.
Этот датчик является популярной причиной при решении многих проблем с холостым ходом: холостой ход великоват, женщин, нестабильный, зависают и держатся слишком большими холостые обороты, короче говоря, этот датчик должен быть исправным, потому что его неисправность или даже незначительное отклонение в характеристиках датчика от нормы очень портит нервы водителю.
Терминология. Дроссельного заслонка
Просто посмотрите на рисунок, как она работает. Она регулирует поток воздуха (или топливной смеси) во впускной коллектор двигателя. Коллектор распределяет этот поток на 4 цилиндра.
Считаем, что у нашего двигателя 4 цилиндра.
Продолжаем.
Датчик температуры охлаждающей жидкости служит для определения коррекции подачи топлива и угла опережения зажигания, в зависимости от температуры двигателя, а заодно для управления электровентилятором. При аварии датчика его показания игнорируются, температура берется из таблицы в зависимости от времени работы двигателя. Значительно хуже, когда датчик «почти исправен», и контроллер доверяет сигнала с этого датчика. Очень часто в двигателе аж три датчики, которые измеряют температуру охлаждающей жидкости. Один датчик — для контроллера, второй — для индикации температуры водителю, а третий — для управления электровентилятором.
Не надо эти датчики путать с термостатом, который регулирует циркуляцию охлаждающей жидкости в двигателе, для поддержания стабильной температуры.
Терминология. Угол опережения зажигания
Топливная смесь сжимается в цилиндре именно к такому давлению, как нам надо, это сжатие рассчитан конструкторами, что перед нами не регулируется. Когда смесь максимально сжата, то есть поршень в цилиндре находится в верхней мертвой точке, эту смесь надо поджечь.
НЕТ, НЕ ТАК.
Поджечь надо немножко раньше. Ведь сгорания идет не моментально, и при различных оборотах двигателя мы должны враховуты скорость сгорания смеси, а значит, на более высоких оборотах надо поджигать смесь раньше, чем на низких оборотах. Параметр, якии характеризует эту закономерность, называется « угол опережения зажигания «.
Терминология. Верхняя мертвая точка — момент в работе двигателя, когда поршень в цилиндре максимально сжал топливную смесь, и уже не двигается ни вверх, ни вниз, при этом коленчатый вал продолжает крутиться. Очень важный параметр двигателя, который называется «компрессия» , меряют этот параметр именно в верхней мертвой точке поршня.
Понятно, что низкое положение поршня называется «нижняя мертвая точка».
Терминология. Компрессия двигателя — это давление бензиново-воздушной смеси в цилиндре двигателя в верхней мертвой точке работы поршня в цилиндре, это давление зависит от атмосферного давления, коэффициента сжатия в цилиндрах двигателя, и политропный показателя, который для бензина примерно равна 1.2. Компрессия двигателя не может быть больше, чем рассчитанная конструкторами.
Простой пример. В идеальном бензиновом двигателе с коэффициентом сжатия 10 компрессия будет 14 атмосфер, при стандартном атмосферном давлении.
Компрессия максимальная тогда, когда хорошо работают компрессионные кольца в поршнях, и правильно работает газораспределительный механизм.
Кто-то считает, что в статье неточности? Что при коэффициенте сжатия 10 компрессия будет 10 атмосфер? Нет, компрессия будет 14 атмосфер. Вы прогуляли урок физики, когда в школе учили уравнения состояния реального газа.
Продолжаем. Датчик положения коленчатого вала
Этот датчик служит для общей синхронизации системы управления двигателем, а также определения положения коленчатого вала в нужные моменты времени. При неисправности датчика или неконтакты в разъеме датчика работа двигателя невозможна. Неисправность всех остальных датчиков позволяет своим ходом то доехать до автосервиса.
Датчик положения коленчатого вала дает информацию в контроллер, когда любой поршень двигателя находится в верхней мертвой точке.
Одна из популярных конструкций датчика это индуктивный датчик, то есть катушка с намагниченным металлическим сердечником, на коленчатом валу находится диск, похожий на шестерню, в которой могло бы быть, например, 60 зубов, но два зуба отсутствуют. Зубы диска, проходя мимо намагниченного сердечника датчика, формируют небольшой импульсный сигнал на выводах датчика, этот сигнал поступает к контроллеру.
Датчик кислорода (лямбда-датчик, лямбда-зонд, λ-зонд ) предназначен для определения присутствия кислорода в отработавших газах, то есть в выхлопе. НЕ концентрации кислорода, а только присутствии кислорода в выхлопе.
Весь выхлоп, который после сгорания в цилиндрах поступает в выхлопной коллектор, проходит через внутренний элемент кислородного датчика. Через прорези в металлическом экране датчика часть потока выхлопных газов попадает на чувствительный элемент датчика. Кислородный датчик создает напряжение от 0 Вольт до 1 Вольта с помощью химической реакции между чувствительным элементом датчика и остатками кислорода в выхлопных газах, проходящих через этот элемент. Наружный воздух также попадает на датчик, и эта разница между содержанием кислорода в выхлопных газах и наружном воздухе фактически определяет выходное напряжение датчика. Наружный воздух попадает на датчик под изоляцией проводки.
Сигнальный вывод сделан так, чтобы наружный воздух, а не только выхлоп двигателя, также попадало на чувствительный элемент датчика. Таким образом, отсутствие кислорода в выхлопных газах, а значит, перезбагачена топливная смесь, формирует напряжение около 1 Вольта на сигнальном выводе датчика, а присутствие кислорода в выхлопе дает напряжение, близкое к 0 Вольт, это указывает на обедненную смесь. Таким образом, датчик дает возможность контролировать оптимальность соотношения топлива и воздуха в топливной смеси.
Есть конструкции кислородных датчиков с дополнительным подогревом, другие разогреваются раскаленными выхлопными газами.
Контроллер анализирует сигнал кислородного датчика только при значительных нагрузках двигателя. Во время холостого хода датчик хронически показывает на сигнальном выходе «0» .
Откуда это странное название датчика? Она ушла от греческой буквы «лямбда» ( λ ), используемый для обозначения соотношения количества воздуха и количества топлива в топливно-воздушной смеси. Смесь является идеальной (стехиометрической), если содержит именно столько воздуха, сколько его нужно для полного сгорания топлива. Например, для бензина это соотношение составляет около 14,7 (масса воздуха) / 1 (масса топлива).
Значение λ = (реальное количество воздуха) / (нужное количество воздуха).
λ = 1 — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь;
λ > 1 — бедная смесь;
λ <1 — богатая смесь (избыток бензина, воздуха недостаточно для полного сгорания топлива).
Кислородный датчик никогда не портится внезапно, он медленно отравляется выхлопом при работе, или чуть быстрее отравляется от плохого бензина. Этот датчик, традиционно, служит не менее 100 тысяч километров. При неисправном или отключенном датчике двигатель работает, как и работал, только немного увеличенный расход бензина. При некоторых неисправностях датчика нарушена динамика движения автомобиля. НИКОГДА и НИГДЕ неисправность лямбда-датчика НЕ ПРИВОДИТ к тому, что двигатель не заводится.
У вас из-за неисправного лямбда-датчик не заводилось? Да нет, это вас на СТО разводили на деньги.
Датчик детонации служит для контроля за детонацией. При обнаружении детонации ЭБУ включает алгоритм уменьшения детонации, оперативно уменьшая угол опережения зажигания. Пока вы ездите на нормальном бензине, датчик детонации не вмешивается в работу двигателя. Также есть упрощенные конструкции двигателя без датчика детонации.
Эти датчики — главные для работы двигателя, есть и другие датчики
Еще один элемент конструкции двигателя, который появился с инжекторных двигателях, это адсорбер.
Терминология. Адсорбер.
Адсорбция — избирательное поглощение вещества из газового или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости. Компонент, поглощаемой называют адсорбтивом, а то что помещается в адсорбенте — адсорбатом. Например, активированный уголь адсорбирует газы.
Обратите внимание: не АБСОРБЦИЯ, а АДСОРБЦИЯ. Для активированного угля характерна именно адсорбция.
Продолжаем. Адсорбер является элементом замкнутого круга рециркуляции паров бензина. Нормами Евро-2 с 1995 года и более поздними нормами запрещен прямой контакт вентиляции бензобака с атмосферой, адсорбер является обязательным, пары бензина должны собираться (адсорбироваться) и при продувке досылаться в цилиндры двигателя на дожигания (на заводе ВАЗ лишь недавно узнали об этой новость). На неработающем двигателе пары бензина попадают в адсорбер из бака и впускного коллектора, где происходит их поглощение. При запуске двигателя адсорбер по команде ЭБУ продувается потоком воздуха, который всасывается двигателем, пары увлекаются этим потоком и дожигается в камере сгорания.
Неисправный клапан адсорбера может повышать давление топлива в обратном топливном канале ( «обратка»), при этом возможна ситуация, когда двигатель не заводится, но заводится с открытым бензобаком.
Разновидности инжекторных систем
Сейчас вы прочтете о различных инжекторные системы. Но без азбуки я не обойдусь. Немного азбуки.
Как работает игла популярного автомобильного электромагнитного инжектора?
Простой ответ. Она работает так: пшик-пшик-пшик … и пшикает бензином в двигатель.
Правильный ответ. Игла электромагнитного инжектора НЕ пшикает бензином в цилиндр двигателя или во впускной коллектор. Эта игла только открывает или закрывает канал, по которому бензин под давлением вытекает через отверстия специальной формы, при этом прекрасно распыляется на мелкие капли. Давление бензина поддерживается стабильным, а управление инжектором — это только подача командного сигнала на инжектор: открыть или закрыть.
Теперь легче понять проблемы, которые могут быть с инжектором.
Он может протекать. Перерасход бензина, плохо заводится горячий двигатель.
Он может не открываться, если хорошо забит грязью, или может плохо распылять бензин, если выпускные отверстия инжектора очень загрязнены. Двигатель или принципиально не заводится, или значительный перерасход бензина.
Теперь возвращаемся к рассмотрению разновидностей систем впрыска топлива в двигатель.
В зависимости от количества форсунок и места подачи топлива, системы впрыска подразделяются на три типа: одноточечный или моновпрыск (моноинжектор, одна форсунка во впускном коллекторе на все цилиндры), многоточечный или распределенный (у каждого цилиндра своя форсунка, которая подает топливо в коллектор у впускного клапана цилиндра) и непосредственный (топливо подается форсунками непосредственно в цилиндры, как в дизельных двигателях).
Некоторые еще знает странное выражение «полный инжектор». В зависимости от фантазии, так могут называть или многоточечный впрыск или прямой впрыск.
А кое-кто даже может заявить о «механический впрыск». На самом деле он говорит о механическую систему управления впрыском, устаревшую и значительно хуже, чем электронная.
Моноинжектор эффективный и лучший от карбюратора. Значительный недостаток: при использовании моноинжектором, как и при использовании карбюратора, к 30% бензина оседает на стенках коллектора. Понятно, что этот бензин не сохраняется в коллекторе навсегда, он также попадает в цилиндры двигателя, но капли бензина при этом больше, и сгорания идет с меньшей эффективностью.
Более совершенными являются системы многоточечного впрыска, еще называют «распределено впрыска», в них подача топлива к каждому цилиндру осуществляется индивидуально. Распределенный впрыск экономичнее и сложнее. Применение такого впрыска увеличивает мощность двигателя примерно на 7-10 процентов.Технологическая мелочь: такое впрыска топлива может быть попарно-параллельным (одновременно 1 и 4 цилиндр, или 2 и 3 цилиндр), или фазированным (в каждый цилиндр — в свой момент времени).
Главные преимущества распределенного впрыска:
— возможность автоматической настройки на разных оборотах и лучшее наполнение цилиндров, в результате при той же максимальной мощности двигателя автомобиль разгоняется значительно быстрее;
— бензин впрыскивается вблизи впускного клапана, что существенно снижает потери на оседания капель бензина во впускном коллекторе и позволяет осуществлять более точную регулировку подачи топлива.
Непосредственный впрыск бензина в цилиндры двигателя оптимизирует сгорание смеси и повышает КПД (коэффициент полезного действия) бензинового двигателя.
При этом он требует качественного бензина с низким содержанием серы и механических примесей, чтобы обеспечить нормальную работу топливной аппаратуры.
Непосредственный впрыск пока — для дорогих моторов и дорогих ремонтов. Даже механик с опытом не всегда может распознать проблему с нестабильным давлением в топливном насосе высокого давления (ТНВД), или неправильную работу одной из форсунок, в результате чего автовладелец зря меняет очень дорогие узлы двигателя, а холостой ход в дорогой машине остается трагически плохим.
Еще одно новшество в инжекторных двигателях — система EGR , это английское название «Exhaust Gas Recirculation» , рециркуляция выхлопных газов.
Эта система «разбавляет» топливо-воздушную смесь отработавшими газами, это снижает температуру горения в камере сгорания, тем самым уменьшая активное образование вредных оксидов азота (NOx) . Однако обеспечить полную и стабильную нейтрализацию NOx только за счет EGR невозможно. Поэтому на двигателях с непосредственным впрыском также NO -катализаторы. Чтобы такой катализатор эффективно работал, у него небольшими порциями впрыскивается восстановитель (как правило, мочевина), катализатор раскладывают оксиды азота на азот и воду. Такая автомобильная каталитическая система называется «selective catalytic reduction» (SCR, выборочное каталитическое восстановление).
Система охлаждения и система смазки двигателя
Несмотря на название «водяное охлаждение», для охлаждения уже давно не применяется вода, а незамерзающая жидкость на основе этиленгликоля или диэтиленгликоля или пропиленгликоля. Благодаря английском выражения «против замерзания» (anti freeze) эту жидкость по-простому называют «антифриз». Жидкость прокачивается насосом (насос все равно называют водяным), и циркулирует по кругу, в двигателе — снизу вверх, в радиаторе — сверху вниз.
Система смазки наиболее важна для цилиндров, хотя необходимо для всех подвижных частей двигателя . Масляный насос создает давление масла в маслопровод, через масляные каналы масло попадает на коренные подшипники коленчатого вала, а сейчас некоторые прочитает текст, которому очень удивится.
Через коренные подшипники и специальные каналы внутри коленчатого вала масло попадает на шатунные подшипники того же вала, далее попадает во внутренние масляные каналы шатунов, по шатунах поднимается вверх до поршней, и пальцами шатуна раздается до стенок цилиндров.
Именно так в хороших двигателях масло смазывает стенки цилиндров. А не разбрызгивается как попало внутри двигателя!
Зачем вам знать такие детали? Дело в том, что при капитальном ремонте двигателя автомеханики с вероятностью 99% НЕ прочищают вам все перечисленные маслопроводы коленчатого вала и шатунов, а потому маслопроводы остаются хорошо забитыми грязью. Несмотря на капитальный ремонт, смазка цилиндров будет идти хуже, а кольца цилиндров будут служить меньше, чем на новом двигателе.
Такова реальность.
Типы расположения двигателей автомобилей | Интересные факты
Поперечное и продольное расположение двигателей: За и против
Поперечный тип установки автомобильных моторов доминирует в современном автомобильном конструировании, однако, по мнению некоторых специалистов, именно продольно расположенные двигатели обеспечивают максимальную производительность. Каково же соотношение этих двух видов расположения силовых агрегатов друг по отношению к другу?
Стоит отметить, что помимо технических характеристик и показателей эффективности работы, способ ориентации двигателя в подкапотном пространстве автомобиля оказывает немалое влияние и на дизайн машины. Разрабатывая автомобильный двигатель, инженеры должны ответить одновременно на несколько вопросов: как устанавливать мотор, если модель машины будет заднеприводной? Каким образом организовать свободное пространство для остальных узлов и агрегатов, размещающихся под капотом автомобиля? Какую нагрузку окажет масса мотора на кузов машины?
Смотрите также: История развития бензиновых двигателей внутреннего сгорания
Другим весьма существенным моментом будет вопрос агрегатирования с разрабатываемым двигателем уже существующих трансмиссий. Ведь от этого будет зависеть общее впечатление от способностей автомобиля.
Рассматривая переднеприводные автомобили с любой из возможных ориентаций двигателей (поперечной или продольной), можно сказать, что у каждого из них имеются определенные преимущества и недостатки, влияющие как на управление автомобилем, так и на его технические характеристики. Оценка совокупности всех особенностей и является основой для выбора разработчиками той или иной модели автомобиля.
Двигатели с поперечным типом расположения
Двигатели, обладающие поперечным типом расположения в подкапотном пространстве, устанавливают перпендикулярно относительно направления движения. Такие моторы обладают горизонтальным расположением в моторном отсеке. Поперечно устанавливаемые двигатели, как правило, применяют в конструкциях переднеприводных автомобилей с передним расположением силовых агрегатов.
Началом эры моторов с поперечным типом расположения принято считать период конструирования первых моделей Mini. Конструкторы британского бренда одними из первых при помощи тяг обеспечили передачу момента от двигателя к колесам. Таким революционным решением была решена задача максимально эффективно использовать крошечное по меркам того времени подкапотное пространство автомобиля, наделив его довольно мощным мотором.
При помощи поперечной компоновки мотора инженерам Мини удалось втиснуть двигатель с относительно большим рабочим объемом в моторный отсек компактной городской машины. Впрочем, на полноценных суперкарах поперечная компоновка двигателя использовалась довольно редко. Одной из немногих моделей класса суперкаров с двигателем, установленным поперечно, является Lamborgini Miura.
Одной из главных особенностей «поперечных» моторов называют разную длину валов привода, передающих моторную тягу от двигателя к колесам. Дело в том, что конструкторам пришлось устанавливать коробку передач с одной стороны от двигателя, расположенного по центру моторного отсека, в связи с чем валы приводы, установленные через ШРУСы (шарниры равных угловых скоростей) должны быть разной длины, что сказывается на равномерности износа этих элементов. В отличие от поперечно устанавливаемых силовых агрегатов, при продольном расположении двигателя валы привода имеют одинаковую длину, ведь здесь двигатель и коробка передач устанавливаются «друг за другом» по одной осевой линии.
Поперечная компоновка силового агрегата быстро стала нормой при конструировании компактных городских автомобилей массовых брендов. Обычно поперечно устанавливаемые двигатели имеют относительно небольшой рабочий объем и не более четырех цилиндров. Впрочем, некоторые автопроизводители используют поперечную компоновку для шести- и даже восьмицилиндровых моторов. В этом случае, как правило, применяется V-образное их расположение.
Главная причина широкого распространения поперечного расположения двигателей – максимальная эффективность использования моторного отсека при небольшом шасси и общих габаритах автомобиля. Установив двигатель в подкапотном пространстве поперечно, разработчик получает значительно больше свободного пространства для компоновки и оформления салона при одинаковых внешних габаритах с автомобилем, где мотор устанавливают вдоль. Особенно ценно такое качество машины в условиях городской эксплуатации с минимальным количеством свободного пространства для парковки.
Сюда же стоит добавить переднеприводный тип трансмиссии, исключающий организацию центрального тоннеля в салоне автомобиля для карданного вала. Плоский пол и максимально просторный салон – одни из ключевых элементов комфорта и эргономики современных компактных автомобилей для города.
Установленный спереди поперечно двигатель оказывает определенное влияние и на характеристики динамики движения машины. На автомобилях с подобной компоновкой основная часть массы всего автомобиля приходится на переднюю колесную ось и переднюю подвеску. Таким образом инженеры решают одну из главных задач, заключающуюся в обеспечении тяги на ведущие колеса с минимальными потерями.
Кроме того, такие автомобили более прогнозируемы и послушны в управлении на скользком покрытии. А отсутствие дополнительных компонентов трансмиссии не только позволяет уменьшить общую массу автомобиля, но и снижает себестоимость производства модели в целом.
К сожалению, у образцов моделей с поперечным расположением силового агрегата есть вполне конкретные недостатки. Так, для моторов такого типа противопоказано увеличение показателя крутящего момента. Это обусловлено все той же разницей размеров тяг. Углы падения для двух разновеликих валов будут различными, а чем длиннее вал, тем будет меньше его показатель жесткости на кручение. В свою очередь, это провоцирует падение эффективности передачи тяги от двигателя к колесам и вызывая необходимость подруливания. 
В борьбе с такой особенностью разработчикам пришлось прибегнуть к определенных инженерным уловкам. Так, например, одним из способов уравновешивания показателя «крутильной жесткости» является изготовление одного из валов полым, а другого – сплошным. Подобное решение призвано сбалансировать передачу крутящего момента разновеликим валами. Первыми, кто воплотил такую инженерную задумку в реальность, стали инженеры концерна Ford при разработке одной из первых поколений хэтбека Fiesta.
Помимо указанного инженерного недостатка, поперечное расположение автомобильного двигателя имеет и более банальные минусы. Такие моторы жестко ограничены с точки зрения возможности перемещения их в моторном отсеке, поскольку занимают максимально возможное пространство с обеих сторон от внутренних поверхностей передних крыльев машины. Да и возможность увеличения мощности поперечно ориентированного мотора совсем невелика. Именно поэтому некоторые производители спорткаров, выбравших подобный тип расположения мотора у своего автомобиля, предпочитают среднемоторный вариант установки силового агрегата.
Двигатели с продольным типом расположения
Продольная компоновка силовых агрегатов в настоящее время, как правило, используется для заднеприводных автомобилей. Смонтированные точно по осевой линии машины, «продольные» моторы обеспечивают прямой путь вырабатываемой тяги от коленчатого вала к коробке передач.
Турбонаддув: принцип действия, достоинства, недостатки
Еще одним плюсом «продольных» моторов является меньший в сравнении с поперечно ориентированными аналогами уровень вибраций, вызываемых работой мотора. Однако несмотря на, казалось бы, максимально эффектную передачу мощности мотора, с инженерной точки зрения с продольно ориентированными моторами тоже не все так просто. В первую очередь, трудности возникают именно с реализацией эффективности тяги. Ведь энергия вращения от «продольного» мотора должна поменять направление на 90 градусов, а для этого приходится применять дифференциальный колесный привод. Для двигателя продольной компоновки требуется заметно больше места в моторном отсеке, ввиду чего нередко страдает эргономика и удобство салона машины.
На современных автомобилях продольное расположение мотора используется обычно при конструировании спорткаров с приводом на заднюю ось (как правило, для таких машин используется заднемоторная или среднемоторная компоновка), нередко продольно установленный двигатель можно встретить и под капотом большого полноприводного внедорожника. Это объясняется более широкими возможностями, которые предоставляет продольно ориентированный двигатель для реализации полноприводного функционала при помощи вязкостной муфты и дифференциала Торсен.
Технологии для новичков: В чем разница между полным приводом, задним приводом и передним приводом
Подводя итог, необходимо сказать, что безусловного противопоставления двух представленных типов расположения двигателя быть не может. Ведь помимо типа установки агрегата в моторном отсеке на эффективность автомобиля в целом влияют такие факторы, как тип привода, передне- задне- или среднемоторное расположение двигателя. Очевидно, что наличие карданного вала в совокупности с тем или иным типом привода обеспечивает совершенно разное «поведение» автомобиля на дороге. 
Другой немаловажный фактор для оценки эффективности типа расположения мотора – габариты автомобиля. Так, для компактных городских машин поперечная установка мотора будет наиболее оптимальной.
Автор: Сергей Василенков