Характеристики автомобільного двигуна

Двигун внутрішнього згоряння – найпоширеніший механізм приводу транспортних засобів. Рух транспортних засобів здійснюється за рахунок перетворення хімічної енергії газів в кінетичну енергію робочого тіла. За рахунок згоряння палива відбувається переторення хімічної енергії в теплоту, а далі через розширення газів відбувається перетворення робочого тіла в кінетичну енергію, яка під тиском заставляє рухатись поршень.В якості робочих тіл використовують гази, тиск яких зростає за рахунок стиснення. Процес згоряння газів в середині циліндра двигуна називається внутрішнім згорянням.

За кількістю тактів розрізняють двигуни двотактні та чотирьохтактні. Двотактні двигуни – це двигуни які працюють на основі двох тактів – стиснення і розширення. Вприск палива та викид відходів відбувається наприкінці такту розширення та на початку такту стиснення. Робочий цикл у двохтактному двигуні  відбувається в момент одного обороту колінвалу. Процес вприску та викиду регулюється поршнем, коли він під час руху автоматично перекриває  продувні та випускні вікна. До недоліків двохтактного двигуна належать: велика втрата пального, збільшені викиди газів у атмосферу, погана робота на холостих оборотах.

Чотиритактний двигун це двигун із чотирма робочими циклами:

  • Вприск – впуск палива чи паливно-повітряної суміші. В процесі даного такту клапан опускається із верхньої мертвої точки у нижню мертву точку, а через впускне вікно відбувається вприск паливно-повітряної суміші у камеру згоряння циліндра.
  • Стиснення – процес стискання паливної суміші поршнем у камері згоряння. Поршень рухається із нижньої мертвої точки у верхню мертву точку та стискає суміш.
  • Робочий хід (згоряння і розширення) – рух поршня при згорянні робочої суміші; суміш підпалюється іскрою від свічки запалювання або під тиском (дизель). Під час шляху поршня з верхньої мертвої точки у нижню мертву точку паливо згорає, і під дією тепла, що виділяється при згорянні палива робоча суміш розширюється, штовхаючи поршень.
  • Випуск – очищення камери згорання від відпрацьованих газів. При досягненні поршнем верхньої мертвої точки випускний клапан закривається, і цикл починається спочатку.

Перевагою чотиритактного двигуна є високий коефіцієнт наповнення протягом усього діапазону періодів обертання колінвалу, низька чутливість до падіння тиску у випускній системі, можливість управління кривою наповнення, шляхом підбору фаз газорозподілу і підбору конструкції впускної системи

Майже всі автомобільні двигуни це чотиритактні поршневі двигуни внутрішнього згоряння. Вони мають безліч характеристик – такі як крутний момент, потужність, ступінь стиснення, витрата палива, викид шкідливих речовин і т. д., які багато в чому залежать від їх конструктивних особливостей.
Основні характеристики та відмінності поршневих двигунів внутрішнього згоряння.

-          Тип (код) двигуна.

Кожен виробник автомобілів наносить наносить буквенно-цифрові позначення на двигун. Це здійснюється з метою, щоб можна було підібрати запасні частини в залежності від характеристики та модифікації двигуна, та комплектації кожної окремої марки автомобіля. Тип двигуна наноситься методом видавлення коду на блоці циліндра, або на спеціальній табличці яка кріпиться до блоку циліндра. Як правило там міститься інформація і про номер двигуна. Деякі виробники наносять інформацію на головку блоку циліндра. В більшості випадків її можна знайти та прочитати без додаткових пристосувань та дій.

-          Діаметр циліндра.

Діаметр циліндра – це розмір отвору в блоці циліндрів (гільзі циліндра) по якому здійснює рух поршень. Це конструктивний параметр блоку циліндрів, що впливає на робочий об’єм двигуна. Крім цього від діаметру циліндра залежить  габаритна ширина і довжина двигуна. Розмір вказується, як правило, в міліметрах або дюймах з точністю до сотих часток. Розмір номінального діаметра циліндра вказуються при кімнатній температурі (+20 градусів Цельсія).

-          Хід поршня.

Хід поршня це відстань між розташуванням будь-якої точки поршня у верхній мертвій точці і положення поршня в нижній мертвій точці. Це параметр колінвалу, що впливає на об’єм двигуна. Розмір вказується, як правило, в міліметрах або дюймах з точністю до сотих часток. Вимірювання виробляються штангель-циркулем або аналогічним по точності інструментом. Як правило, вимірювання проводяться безпосередньо на колінчастому валу. Від розміру, ходу поршня залежить висота двигуна.

-          Кількість циліндрів двигуна.

Кількість циліндрів є важливою конструктивною характеристикою двигуна. Залежно від кількості циліндрів розраховується та проектується і система охолодження двигуна. Кількість циліндрів впливає на загальні габаритні розміри і вагу автомобіля. Наприклад: із збільшенням кількості циліндрів при одному і тому ж об’ємі двигуна розміри його циліндрів зменшуються. Це зменшення, внаслідок збільшення відношення внутрішньої поверхні циліндра до його об’єму, супроводжується покращенням охолодження двигуна. Зменшення діаметра циліндра дозволяє створювати камеру згоряння поліпшеної форми і разом з можливістю покращення охолодження дозволяє виробнику створювати більш економічні двигуни. Але є і зворотна сторона, збільшення кількості циліндрів веде до загального подорожчання силового агрегату. У сучасному автомобільному моторобудування набули поширення 2-х, 3-х, 4-х, 5-и, 6-й, 8-й, 10-та, 12-та, 16-і циліндрові двигуни.

-          Об’єм двигуна.

Як правило, в більшості довідників і каталогів вказується робочий об’єм двигуна.
Робочий об’єм двигуна (літраж двигуна) складається з робочих обсягів усіх циліндрів. Тобто, цей величина робочого об’єму одного циліндра помножена на кількість циліндрів.
Робочий об’єм циліндра – це простір, який звільняє поршень при переміщенні з верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки.
Об’єм камери згоряння – це обсяг порожнини циліндра і камери згоряння в голівці блоку над поршнем, що знаходиться у верхній мертвій точці – тобто в крайньому положенні і в найбільшій відстані від колінчастого валу. Параметр, прямо впливає на ступінь стиснення двигуна. У гаражних умовах вимірювання камери згоряння здійснюється за допомогою вимірювання об’єму рідини, яка заповнює камеру.

-          Кількість клапанів в циліндрі.

У сучасному автомобілебудуванні все частіше застосовуються двигуни з мультиклапанним газорозподільним механізмом. Збільшення кількості клапанів є найважливішим параметром, що дозволяє отримувати більшу потужність при одному і тому ж об’ємі двигуна, за рахунок збільшення об’єму суміші або повітря, яке потрапляє в циліндри в момент впуску. Збільшення кількості клапанів дозволяє отримувати, краще наповнення циліндрів паливною сумішшю робочої камери і швидше звільняти камеру згоряння від відпрацьованих газів.

-          Тип палива.

В залежності від типу палива двигуни поділяються на:

Бензинові двигуни (Petrol) – характеризуються запалюванням паливоповітряної суміші іскровими свічками. Принципово різняться за типом системи живлення:
У карбюраторних двигунах змішування бензину з повітрям починається в карбюраторі і продовжується у впускному трубопроводі. В даний час випуск таких двигунів практично припинено через високі витрати палива і невідповідність сучасним екологічним вимогам.
В інжекторних двигунах паливо розпилюється одним інжектором (форсункою) в загальний впускний трубопровід (центральний, моновриску) або кількома інжекторами(форсунками) перед впускними клапанами кожного циліндра двигуна (розподілений вприск). У цих двигунах  можливе невелике збільшення максимальної потужності і зниження витрати палива і зменшення токсичності газів за рахунок розрахованого дозування палива блоком електронного управління двигуном;
Двигуни з безпосереднім впорскуванням бензину в камеру згоряння. Бензин подається в циліндр декількома порціями, що оптимізує процес згоряння, дозволяє двигуну працювати на збіднених сумішах, відповідно максимально зменшується витрата бензину й викид шкідливих речовин в атмосферу.

Дизельні двигуни (Diesel) – двигуни внутрішнього згоряння з внутрішнім сумішоутворенням, в яких займання суміші дизельного палива з повітрям відбувається від зростання її температури при стисненні поршнем у камері. У порівнянні з бензиновими, дизельні двигуни володіють кращою економічністю (приблизно на 15-20%). Завдяки більш ніж у два рази більшою мірою стиснення палива, значно поліпшується процес горіння паливо-повітряної суміші. Незаперечною гідністю дизелів є конструктивна відсутність дросельної заслінки, яка створює опір руху повітря на впуску, і у зв’язку з цим збільшує витрату палива. Максимальний обертовий момент дизелі розвивають на меншій частоті обертання колінчастого валу.

Гібридні двигуни. Двигуни поєднують характеристики дизеля і двигуна з іскровим запалюванням.

-          Тип розташування поршнів у двигуні.

Велика різноманітність розташування поршнів у двигуні пов’язане з їх розміщенням в автомобілі і необхідністю вмістити певну кількість циліндрів в обмеженому обсязі моторного відсіку.

  • Рядний двигун (R) – компоновка, при якій всі циліндри знаходяться в одній площині. Застосовується для невеликої кількості циліндрів (R2, R3, R4, R5 і R6). Рядний шестициліндровий двигун є оптимальним для зниження вібрацій, але має значну довжину (рис 1).
  • V-подібний двигун (V) – циліндри у нього розташовані в двох площинах, як би утворюючи латинську букву V. Кут між цими площинами називають кутом розвалу двигуна. V-подібні двигуни випускаються, зі зрозумілих причин, тільки з парною кількістю циліндрів. Така компоновка дозволяє значно зменшити довжину двигуна, але збільшує його ширину. Найбільш поширеними є двигуни з компонуванням V6 і V8, рідше зустрічаються V4, V10, V12, V16. (Рис 2)
  • Оппозитний двигун має кут розвалу 180 °, завдяки цьому висота агрегату найменша серед всіх розташувань. Протилежні один одному циліндри розташовуються горизонтально. Як правило, випускаються 4-х і 6-і циліндрові варіанти оппозитних двигунів. (Рис 3)
  • VR-подібний двигун – володіє невеликим кутом розвалу (близько 15 °), що дозволяє зменшити як подовжній, так і поперечний розміри агрегату. Набули поширення компонування VR5 і VR6. (Рис 4)
  • W-подібний двигун має два варіанти компонування – три ряди циліндрів з великим кутом розвалу (рис 5) або як би дві VR-компонування (рис 6). Забезпечує гарну компактність навіть при великій кількості циліндрів. В даний час серійно випускають W8 і W12.

-          Степінь стиснення двигуна, компресія.

Поняття степеня стиснення не слід плутати з поняттям «компресія», яке вказує на максимальний тиск, створюваний поршнем у циліндрі при даному ступені стиснення.

  • Ступінь стиснення – відношення повного обсягу циліндра двигуна до обсягу камери згоряння. Цей параметр показує, у скільки разів зменшується повний обсяг циліндра при переміщенні поршня з нижньої мертвої точки у верхню мертву точку. Для бензинових двигунів ступінь стиснення визначає октанове число застосовуваного палива. Для бензинових двигунів значення ступеня стиску визначається в межах від 8:1 до 12:1, а для дизельних двигунів у межах від 16:1 до 23:1. Загальна світова тенденція у двигунобудуванні це збільшення ступеня стиснення як у бензинових так і у дизельних двигунів, викликане підвищенням екологічних норм.
  • Компресія (тиск в циліндрі наприкінці такту стиснення) є одним з показників технічного стану (зношеності) циліндро-поршневої групи і клапанів двигуна внутрішнього згоряння. У двигунів із великим пробігом, як правило, вже є нерівномірний знос гільзи циліндра і поршневих кілець, в зв’язку з чим поршневі кільця не щільно прилягають до поверхні циліндра. Також зношується клапанний механізм, а точніше стрижень клапана і направляюча втулка клапана. Внаслідок перерахованих причин виникають втрати герметичності камери згорання.

-          Потужність двигуна.

Потужність – це фізична величина, що дорівнює відношенню виробленої роботи або події зміни енергії до проміжку часу, протягом якого була проведена робота або відбувалася зміна енергії.
Зазвичай потужність вимірюється в кінських силах (Horse Power – англ).
Значення 1 к.с. (HP) = 0,735 кВт) або в кіловатах (1 кВт = 1,36 к.с. ((HP)). Максимальне значення потужності і максимальний обертовий момент досягаються при різних обертах двигуна.

-          Охолодження двигуна.

Щоб уникнути теплових перевантажень, згоряння мастила на направляючій поверхні поршня і некерованого згоряння через перегрів окремих деталей, всі частини двигуна розташовувані навколо камери згоряння мають інтенсивно охолоджуватися. Використовуються дві принципові схеми охолодження:

  • Безпосереднє повітряне охолодження. Охолоджжене повітря безпосередньо контактує з нагрітими частинами двигуна і забезпечує відвід від них тепла. В основі методу лежить принцип пропуску повітряного потоку через охолоджувану поверхню. Переваги: надійність і майже повна відсутність технічного обслуговування. Подорожчання вартості окремих деталей.
  • Непряме (рідинне або водяне) охолодження. Оскільки вода або інші охолоджуючі рідини мають високу теплоємність і забезпечують ефективне відведення теплоти від нагрітих поверхонь, більшість сучасних двигунів мають рідинні системи охолодження. Система містить замкнутий охолоджуваний контур, який дозволяє застосовувати антикорозійну і низькозамерзаючу присадки. Охолоджуюча рідина примусово прокачується насосом через двигун і радіатор, що її охолоджує.
Ще із рубрики Статті

Обговорення закрито.