Параметры двигателей автомобиля

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.

Лучшие двигатели легковых автомобилей на 2020 год: ТОП-10

Обзор и характеристики лучших двигателей легковых автомобилей: топ-10 моторов, особенности, плюсы и минусы, фото. Видео о самых невероятных моторах в мире.

Содержание статьи:

• Наиболее качественные моторы легковых машин на 2020 год
• Видео о самых невероятных моторах в мире

Как показывает практика, самыми надёжными автодвигателями чаще всего становятся те, что обладают наиболее простой конструкцией. Будучи с весьма посредственным литражом, часто лишённые турбосистем и прямой подачи топлива, такие агрегаты могут казаться старомодными, но солидного эксплуатационного ресурса у них не отнять.

Силовые установки для легковых автомобилей, характеризующиеся высоким качеством изготовления, но при этом идущие в ногу со временем, рассмотрены в нашем обзоре.

Наиболее качественные моторы легковых машин на 2020 год

1. Семейство К от Renault

Надёжный и выносливый мотор, при этом обладающий немалым запасом пробега — это про K7M. В настоящее время им оборудуют незамысловатые версии моделей Renault Logan и Sandero. Агрегат с не очень большим рабочим объёмом – 1,6 л, 8-клапанным исполнением, скромной форсировкой и мощностью в 82-87 л. с. способен на пробег до 400 тыс. км, а порой и более того.

Комплекс цилиндров у двигателя чугунный, а поршневая группа благодаря своей конструкции имеет не слишком большой расход масла. Причём, ДВС нормально переносит небольшой перегрев.

Но и минусы двигателя лежат на поверхности. Это чрезмерный топливный аппетит, плавающее число оборотов при холостом ходе. Вдобавок – повышенный шум и высокая вибрация мотора.

А для того, чтобы K7M верой и правдой служил автовладельцу, требуется выполнять элементарные правила:

• использовать расходные материалы высокого качества;
• с периодичностью в 60 тыс. км менять ремень привода газораспределительного механизма во избежание обрыва связующего элемента, что может привести к деформации клапанов;
• своевременно настраивать клапаны;
• устанавливать надёжные комплектующие типа насоса антифриза.

Собрат же «семёрки», мотор K4M – более современный, у него выше мощность и целых 16 клапанов. Этот мотор ставят не только на Logan и Sandero, но и на другие модели Renault: Megane, Lodgy, Clio, Scenic. Причём, не так давно им снабжали вазовскую Lada Largus.

Технологические особенности «четвёрки» аналогичны: блок чугунных цилиндров, распределённая подача топлива и ременной привод газораспределительного механизма. Некоторые версии снабжены фазовращателем, находящимся на впускном распредвале.

Основным преимуществом этого двигателя является не столь высокая потребность в техобслуживании, что во многом обусловлено наличием гидрокомпенсаторов в приводе клапанов.

Среди минусов «шестнадцатиклапанника» можно выделить высокую цену его запчастей и всё ту же проблему с закручиванием клапанов при разрыве ремня газораспределительной системы.

Для профилактики подобной аварии и здесь требуется замена того самого ремня с периодичностью в 60 тыс. км., а делать это весьма несподручно.

Бывает, что при работе K4M ломаются катушки зажигания, загрязняются топливные форсунки, барахлит датчик положения коленчатого вала, проникает воздух через трещины или неровности впускного коллектора, а ещё протекают масло и охладитель. Но всё равно в плане надёжности «четвёрка» ничем не хуже восьмиклапанной модели.

Основные характеристики двигателя K4M:

• объём: 1,6 л;
• мощность: 108 л. с.

2. Toyota 2AR-FE

Когда-то тойотовские двигатели обладали запасом пробега более 800 тыс. км. Однако времена меняются, и на сегодня даже показатель в 400-500 тысяч считается благом. Именно таким значением максимального пробега обладает зарекомендовавший себя ДВС 2AR-FE объёмом в 2,5 л и мощностью до 180 л. с., знакомый владельцам RAV4, Camry, ну или минивэна Alphard.

2AR-FE оснащён алюминиевым блоком цилиндров и залитыми чугунными гильзами. Шестнадцатиклапанный цепной газораспределительный механизм наделён гидрокомпенсаторами, а кованный коленвал имеет 8 противовесов.

Для повышения гибкости силовой установки газораспределитель наделили современной системой изменения фаз, носящей название Dual VVT-i. Она предназначена для управления впускными и выпускными клапанами, что оптимизирует работу агрегата при разных степенях нагрузки. Таким образом удаётся достичь высоких уровней эффективности и экологичности двигателя.

В данной версии силовой установки производитель не стал применять некоторые испробованные технологии, что привело к уменьшению соотношения мощности двигателя к полезному объёму, но зато повысило экономичность ДВС на 10-12 %.

При этом минимальное техобслуживание с заменой масла у тойотовского агрегата приходится раз на 10 тыс. км. Такая профилактика особенно нужна моторам, эксплуатирующимся при частых пробках. Цепь ГРМ требует обновления чуть реже – на каждые 150 тыс. км.

Преимущества:

• надёжность в эксплуатации;
• хорошая ремонтопригодность.

Недостатки:

• шум в ГРМ при работе неразогретого двигателя;
• частые протекания в антифризовом насосе.

3. Honda R20A

Компания Honda в японском автопроме стоит особняком. Её инженеры, поднаторев на выпуске мотоциклов, при производстве автомобилей зачастую применяли довольно нестандартные решения. Взять хотя бы моторы девяностых годов, выдававшие при 1,6 л рабочего объёма 160 и более л. с. Такая форсировка удавалась за счёт огромных оборотов — свыше 7000.

Можно привести и современный пример – бензиновый безнаддувный мотор R20A, устанавливаемый на машины Civic, Accord, а также и на кроссовер CR-V. Двигатель оснащён балансирными валами, 3-режимным впускным коллектором, а также головкой блока цилиндров с 16-ю клапанами и единственным распределительным валом.

Комплекс i-VTEC регулирует фазы с помощью кулачков распредвала, имеющих разные профили. Благодаря чему обеспечивается оптимальная работа цилиндров при различных частотах вращения и нагрузках. Однако гидрокомпенсаторы отсутствуют, поэтому хотя бы раз в 80 тысяч километров нужно настраивать клапаны.

Примечательно, что в линейке «R» японцы сделали акцент на экологическую составляющую, а динамика отошла на второй план. R20A надёжен и обладает относительно простой конструкцией, ему не свойственны протекания масла и охладителя. Запчасти, впрочем, на него недёшевы, поэтому капремонт может ударить по карману.

Основные характеристики:

• объём: 2 л;
• мощность: 155 л. с.;
• ресурс: 300 тыс. км.

4. Hyundai/Kia G4FC

Ещё один марафонец – корейский G4FC. Его модернизированная версия, получившая дополнительный фазовращатель, нашла применение в Hyundai Creta, Solaris и Kia Rio. Эти автомобили, а с ними и двигатели, обрели широкую популярность в стране их производителя.

Можно даже сказать, что машины концерна Hyundai/Kia стали народными любимцами, а моторы с алюминиевыми блоками цилиндров и цепными приводами распредвалов продемонстрировали надёжность и хороший ресурсный потенциал.

Этот бензиновый 16-клапанный агрегат с двумя распределительными валами достаточно экономичен, с регулировкой подачи топлива электронным блоком управления. Передаточная цепь способна отработать по крайней мере 150 тыс. км, приблизительно к этому же пробегу подходит пора для настройки клапанов.

Стоит отметить, что большинство владельцев автомобилей с этим корейским двигателем просто наслаждаются ездой. И только малая часть водителей недовольна качеством этого мотора, причём сами же иногда выводят его из строя.

Основные характеристики:

• объём: 1,6 л;
• мощность: 128 л. с.

5. Audi 45 TDI quattro tiptronic

Компания Ауди начала принимать заказы на обновлённую модель кроссовера Q5. Речь идёт о версии 45 TDI quattro с дизельным силовым агрегатом V6 3.0 TDI. Появление этих авто в шоу-румах российских дилерских центров ожидается летом 2020 года по цене от 3675000 рублей.

Такой мотор позволяет компактному SUV иметь разгон от 0 до 100 км/час за 6 секунд. При этом максимальная скорость автомобиля составляет 237 км/час, а расход топлива в смешанном цикле не превышает 7,4 л/100 км.

Основные характеристики двигателя:

• мощность: 249 л. с.;
• объём: 3 л.

6. PSA DV10 2.0

Дизель DV10 от Пежо-Ситроен снабжён рампой Коммон Рейл и 16-клапанной головкой блока цилиндров. Этот мотор – частый гость на сборочных конвейерах заводов Форд, Фиат, Lancia и Вольво. Для привода ГРМ используется ремень, вращающий вал выпускных клапанов. А для передачи крутящего момента к валу с впускными клапанами используется короткая цепь.

Самым слабым звеном двигателя определённо являются пьезоэлектрические форсунки, поставляемые компаниями Сименс и Делфи. Не следует приобретать эти детали с пробегом, поскольку распылительные элементы чрезвычайно сложно поддаются ремонту и очистке от отложений.

Кроме того, в приводе клапанов применяются гидравлические компенсаторы, дребезжащие при износе. Обрыв ременного привода распредвалов приводит к контакту поршней и клапанов, в результате чего разрушаются рокеры. Однако после замены неисправных деталей и ремня работоспособность мотора восстанавливается.

Основные характеристики:

• объём: 2 литра;
• мощность: 136 л. с.

7. Volvo D5

Рядный пятицилиндровый дизель D5 от компании Вольво уже прошёл 23 модификации. Конструкция двигателя предусматривает рейку Коммон Рейл, служащую для подачи топлива, и турбокомпрессор с регулируемой геометрией.

Ранние версии двигателя соответствовали нормам Евро-3, впускной коллектор был без заслонок, а в выхлопной системе отсутствовал сажевый фильтр. С переходом на стандарт Евро-4 двигатель обзавёлся компрессором с электронным управлением, а также стал охлаждаться маслом и антифризом. Свои заслонки получили впускной коллектор и клапан рециркуляции отработавших газов.

В целом моторы D5 отличаются надёжностью, но требуют своевременной замены масла и фильтров. Гидравлические компенсаторы зазоров иногда начинают барабанить через 350-400 тыс. км пробега. В этом случае проблемные детали нужно заменить.

Основные характеристики:

• мощность: 230 л. с.;
• объём: 2,4 л.

8. BMW M57

Рядный шестицилиндровый дизель от немецкого производителя принял эстафету у своего предшественника М51. «57-й» обладает прекрасным качеством изготовления, надёжен, экономичен, с улучшенными характеристиками:

• объём двигателя: 3 л;
• мощность: 286 л. с.;
• вращающий момент: 580 Нм;
• диаметр цилиндра: 84 мм;
• расстояние между крайними положениями поршня: 90 мм.

Этот двигатель снабжён турбонаддувом, интеркулером и системой впрыска типа Коммон Рейл. Распредвалы мотора приводятся в движение посредством цепи ГРМ, ресурса которой хватает надолго. Каждый цилиндр дизеля имеет по 4 клапана, приводящихся в действие с помощью рычага.

На усовершенствованном агрегате установлены турбины разных размеров, что дало возможность повысить давление наддува до 1,85 бар. Все версии ДВС М57 снабжены электронной регулировкой крыльчатки. А система впрыска оснащена пьезоинжектором, контролирующим подачу необходимого количества топлива в камеру сгорания.

Электронные датчики в свою очередь следят за давлением масла в двигателе. Кроме того, новая модификация М57 обладает облегчённым алюминиевым блоком цилиндров, а также улучшенными распредвалами и форсунками.

9. Mercedes-Benz OM642

Ещё один гость из Германии – V-образный 6-цилиндровый дизельный мотор Mercedes-Benz OM642. Изготавливается он в нескольких версиях и уже успел создать себе имидж как в плане надёжности, так и экономии.

Этот двигатель пришёлся ко двору моделям немецкого бренда, которые относятся к C-Class, CLS-Class, G-Class, ML-Class, а также к классу Sprinter. Любопытно, что именно этот агрегат стал полноценной заменой для проблемных бензиновых моторов в том же классе автомобилей.

А сам OM642 демонстрирует отличную надёжность при грамотном техническом обслуживании. Единственно, стоит учесть, что каждые 100 тысяч км пробега нужно чистить вентиляционные каналы двигателя. При таком уходе миллион километров не станет для него пределом.

Основные характеристики:

• объём: 3 л;
• мощность: 235 л. с.;
• крутящий момент: 540 Нм.

10. Mitsubishi 4G63

Работающий на бензине двигатель Mitsubishi 4G63 уже неоднократно был модернизирован и стал надёжным образцом для создания новых моделей. Да и сам он в общем-то с производства не снят.

Причём, 4G63 уже устанавливался на машины Lancer Evolution, Galant, L300, Pajero, Hyundai Sonata, Kia Optima. Интерес к этому двигателю сторонних автопроизводителей лишний раз подтверждает его надёжность.

Одной из самых качественных среди современных считается 16-клапанная конструкция этого ДВС, снабжённая инжектором. За счёт значительного ресурса прочности данная версия также представляет интерес для тюнинга.

Благодаря выносливости мотора, его ресурс без капремонта может превышать миллион километров. Модификации с турбонаддувом не настолько долговечны, но в своём классе и они наделали шума.

Основные характеристики:

• мощность: 144 л. с.;
• объём: 2 л.

Заключение

Обычно при выборе автомобиля покупатели вначале интересуются ресурсом и надёжностью двигателя, а потом уже расходом топлива и показателями мобильности. Но в современных условиях «моторы-миллионники» становятся редкостью, ресурс пробега в 300-400 тысяч километров уже считается приличным. Остаётся добавить, что грамотное и своевременное техобслуживание позволяет продлить срок эксплуатации силовой установки.

Видео о самых невероятных моторах в мире:

Типы и параметры ДВС

Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.

Типы двигателей

Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

• впуск воздуха или его смеси с топливом;
• сжатие рабочей смеси,
• рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
• выпуск отработавших газов.

Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

• в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
• в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
• двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — “тяговиты на низах”).

Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

• большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
• большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
• меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.

Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

Компоновка поршневых двигателей

Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

Рядный двигатель V-образный двигатель

Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

Оппозитный двигатель VR-двигатель

Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

W-двигатель W-двигатель

W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

Конструктивные параметры двигателей

Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами (рис. 2), практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

Конструктивные параметры двигателей

Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.

Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.

Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.

Показатели двигателей

Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:

• рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
• давления горящих газов в цилиндрах , которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется “стуком поршневых пальцев”) или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:

• рабочего объема , что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
• оборотов коленчатого вала , число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
• давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Характеристики двигателей

При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.

Источник http://gearavto.ru/parametry-dvigatelej-avtomobilya/
Источник Источник http://fastmb.ru/autonews/autonews_mir/4592-luchshie-dvigateli-legkovyh-avtomobiley-na-2020-god-top-10.html

Типы и параметры ДВС