Воздушное охлаждение двигателя, бензинового и дизельного

Кому нужны дизели

По данным аналитического агентства «Автостат», каждый десятый автомобиль в Москве ездит на дизельном двигателе. Но в некоторых регионах доля еще выше — например, на Чукотке она составляет 26,1% от всего регионального парка.

Автомобилистов привлекает в первую очередь экономичность в использовании топлива. Дизельные двигатели имеют КПД около 40–45%. Это ощутимо больше, чем в бензиновых, где показатель не превышает 30%, то есть две трети топлива сгорает, не превращаясь в механическую энергию.

Однако легковой автопром — далеко не главный потребитель дизельных двигателей. Их используют для тяжелой грузовой и промышленной техники, железнодорожных локомотивов, судов. Кроме того, дизельные агрегаты применяют в энергетике — например, на атомных станциях устанавливают резервные дизель-генераторы.

Дизели — это поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь смесь топлива и воздуха подвергается сильному сжатию, в результате разогревается и воспламеняется. Механизм отличается от бензиновых двигателей, где сжатая смесь топлива и воздуха поджигается электрической искрой.

Первым новый агрегат построил и описал немецкий инженер Рудольф Дизель в конце 1890-х годов. Уже тогда изобретение превосходило по КПД существующие двигатели внутреннего сгорания, паровые машины и паровые турбины.

Разработкой заинтересовалась промышленность и энергетика, и спустя почти полтора века дизели по-прежнему пользуются спросом в этих отраслях. Помимо КПД, такие двигатели отличаются от бензиновых долговечностью и большим крутящим моментом, который тесно связан с показателями мощности.

Общий объем глобального рынка дизелей в 2020 году достиг $207 млрд, подсчитали в компании IMARC Group. Аналитики прогнозируют, что в ближайшие пять лет показатель вырастет почти до $265 млрд. По их словам, ситуацию определяет растущий спрос на коммерческие автомобили и машины большой грузоподъемности. Вдобавок рост автопрома и быстрая урбанизация, особенно в развивающихся странах, стимулируют создание эффективной энергетической инфраструктуры, а для этого тоже нужны дизель-генераторы.

Социальная экономика

Автомобиль, велосипед, поезд: как будет развиваться городская мобильность

В РФ есть устойчивый спрос на дизели, и он увеличивается с каждым годом. Причем, как отмечают эксперты, спрос растет как за счет развития промышленности и экономики, так и на фоне западных санкций, которые ограничивают поставки в Россию зарубежного оборудования.

Fiat 1.9 JTD

Это
первые дизельные двигатели с системой впрыска топлива Common Rail.
Наиболее надёжными считаются двигатели с 8-клапанной головкой блока
цилиндров, однако 16-клапанные версии не на много хуже, просто со
временем требуют замены впускного коллектора. Эти двигатели
производились в период с 1997 по 2010 года и имеют около двадцати
модификаций, любая из которых способна без проблем преодолеть до 500 000
километров пробега.

Оснащались автомобили: Alfa Romeo 145, Alfa Romeo 146, Alfa Romeo 156, Alfa Romeo 159, Fiat Punto II, Fiat Grande Punto, Fiat Punto Evo, Fiat Bravo, Fiat Brava, Fiat Croma, Fiat Stilo, Fiat Sedici, Fiat Marea, Fiat Doblo, Lancia Delta III, Lancia Lybra, Opel Astra III, Opel Vectra C, Opel Signum, Opel Zafira B, Saab 9-3, Saab 9-5, Suzuki SX-4.

Работа в холодное время года

Этот критерий также важен для многих людей. Для них это важнейший момент в обсуждении такой темы, как плюсы и минусы дизеля и бензина. Здесь также есть что сказать. Более проблемный в этом плане – дизельный мотор. А всё потому что в нём топливо воспламеняется самостоятельно, поскольку сильно нагревается воздух в момент мощного сжатия. Если на улице температура ниже минус 30 градусов, то случается проблема. Воздух недостаточно прогревается! И топливо воспламенить не получается. И чтобы обойти указанную проблему, в дизельных моторах применяют свечи накала. За счёт них удаётся раскалить камеру сгорания перед тем, как запустить работу агрегата.

Но если он и запустился в мороз сразу, то это не гарантирует беспроблемную поездку. Если в бак залили летнее или же низкокачественное горючее, то на холоде в нём сразу же образовываются парафиновые кристаллы. Они являются «клапанами», которые перекрываются топливный проводящий канал вместе с фильтрами. И машина может заглохнуть на ходу. Советуется зимой не держать бак наполовину заполненным. Уровень топлива всегда должен быть максимальным. А бензиновые агрегаты сразу запускаются. Горючее воспламеняется моментально – от искры. Автомобилисту необходимо лишь контролировать заряд аккумулятора и грамотно подбирать масло.

Улучшение тяговой установки

Иногда, поездив на автомобиле, владелец хочет получить больше мощи и задаётся вопросом, можно ли поставить турбину на атмосферный двигатель. Для улучшения разгонной динамики, такой вариант решения проблемы приемлем. На практике выполнить задачу сложно, потребуются знания, опыт, а главное, подход в комплексе. Самостоятельно поставить турбину, не получится, для этого выполняют ряд расчётов. Прежде, меряют, какой объём воздуха помещается в камеру, с какой скоростью проходит подача и наполнение мотора. Проведённые расчёты влияют на характер поведения двигателя в дальнейшем. Кроме того, некоторые установки не приспособлены для подключения турбинного компрессора, в этом случае, для улучшения показателей используют механические турбины с постоянным приводом.

Другие способы улучшения мощности двигателя:

Расточка остова до большего объёма камер;
Установка патрубка;
Установка иных клапанов и распределительных валов;
Установка улучшенных фильтрующих элементов;
Установка помпы большей мощности;
Снижение потерь на трение воздушных масс.

Применение выше перечисленных мер позволит улучшить показатели мощи на 40%. Кроме того, используют еще один метод, когда мотор чипуют. Такое улучшение затрагивает программную часть агрегата и даёт прирост мощи на уровне 15%. Процедура проводится на специальных станциях, поскольку требует наличия оборудования и умений.

Почему нельзя делать установку на дизель своими руками

Установку турбины на дизельный силовой агрегат не следует производить самому, в первую очередь потому, что этот узел является одним из самых дорогих в автомобиле. Но более того, некорректность его работы может очень просто привести в негодность другие, дорогостоящие изделия автотранспортного средства.

Попадание посторонних предметов, таких как пыль или грязь, смазочную систему или внутрь корпуса турбины вызывает вероятность деформации большого количество элементов, например лопастей турбинного или компрессорного колеса или повреждение стенок поршневой системы мотора.

Плюсы и минусы атмосферного двигателя

Атмосферный ДВС имеет массу преимуществ и несколько недостатков. К достоинствам двигателя относится:

неприхотливость обслуживания – для обслуживания двигателя можно использовать не максимально качественные ГСМ, главное, чтобы они подходили мотору по своему составу;
многократностью ремонта – атмосферный мотор способен выдержать большое количество мелких ремонтов, при этом собственник авто может выполнить их самостоятельно (в домашних условиях), без обязательного посещения СТО;
износоустойчивостью – этот тип рассчитан на длительную эксплуатацию (несколько сотен тысяч километров);
сохранение уровня мощности – ключевое преимущество изделия, выражающееся в сохранении мощности на малых оборотах мотора, реагированием на минимальное нажатие педали акселератора, переходом от малых до больших оборотов на короткий временной промежуток.

Кроме положительных моментов, этот тип моторов имеет и отрицательные стороны. К ним относится:

масса изделия – атмосферные моторы, в сравнении с другими разновидностями двигателей, отличаются большим весом, не имея при этом преимущества в объеме и мощности;
поддержка динамики и мощности на максимальном уровне – в условиях разреженного воздуха, атмосферные моторы не способны поддерживать мощность на максимальной отметке, теряя при этом и уровень динамики;
продукт выхлопа – при работе атмосферного двигателя создается в большом количестве побочный продукт (выхлопной газ), загрязняющий воздушные массы.

Атмосферный двигатель – принцип работы

Атмосферный двигатель. Фото из Яндекс Картинки

Не буду описывать устройство этого двигателя. Люди, хоть немного интересующиеся автомобилями, наверняка, хотя бы в общих чертах, знают, как он устроен.

А вот принципа его работы я немного коснусь. И сделаю это для того, чтобы вы лучше понимали, чем эти два двигателя (атмосферный и турбированный) отличаются друг от друга.

Вот каков алгоритм работы обычного атмосферного двигателя внутреннего сгорания (см. рис.1):

Рис. 1

1) Первый такт — впуск

Поршень в цилиндре из верхней «мертвой точки» начинает движение вниз. Открывается впускной клапан и топливовоздушная смесь начинает поступать («всасываться») в цилиндр.

Топливовоздушная смесь (ТВС) – это смесь воздуха и горючего (бензина или солярки). Для бензиновых двигателей ее получают еще до того, как она поступит в цилиндр. Это происходит либо в карбюраторе, либо во впускном коллекторе в случае с инжекторным двигателем. В дизельных двигателях топливовоздушную смесь получают непосредственно в цилиндре путем впрыска топлива в камеру сгорания через форсунку и дальнейшего его смешивания с воздухом.

2) Второй такт – сжатие

Пройдя нижнюю «мертвую точку», поршень начинает двигаться вверх. Оба клапана (впускной и выпускной) при этом закрыты. Топливовоздушная смесь при этом, естественно, начинает сжиматься. Максимальную степень сжатия ТВС имеет в тот момент, когда поршень находится в верхней «мертвой точке».

Кстати, степень сжатия – это отношение объема цилиндра над поверхностью поршня, когда он (поршень) находится в нижней «мертвой точке», к объему цилиндра, когда поршень находится в верхней «мертвой точке». Для бензиновых двигателей степень сжатия равна 8-12 единиц, а для дизельных – 15-22 единицы.

3) Третий такт – рабочий ход

В тот момент, когда поршень во время такта сжатия почти достигнет верхней «мертвой точки», топливовоздушная смесь поджигается с помощью искры, которая образовывается между электродами свечи зажигания. Оба клапана – и впускной, и выпускной – остаются при этом закрытыми.

Под воздействием полученного таким образом взрыва ТВС, поршень в цилиндре начинает поступательно перемещаться вниз, передавая свое усилие через шатун на коленчатый вал. Коленвал же, в свою очередь, передает крутящий момент через механизмы трансмиссии на колеса. Те начинают вращаться и приводят автомобиль в движение.

4) Четвертый такт – выпуск

Опустившись до конца и пройдя нижнюю «мертвую точку», поршень начинает перемещаться внутри цилиндра опять вверх. В этот момент открывается выпускной клапан (впускной клапан закрыт). Образовавшиеся в результате сгорания ТВС газы начинают выталкиваться поршнем через открытый клапан в выпускной коллектор, а оттуда через выхлопную трубу и глушитель, в атмосферу.

Вот таков принцип работы обычного атмосферного двигателя внутреннего сгорания.

Тепловая энергия, получаемая при сгорании топливовоздушной смеси в цилиндрах ДВС, превращается в механическую энергию, которая и принуждает автомобиль двигаться.

Более подробно о том, что представляет собой атмосферный двигатель, можно ознакомиться .

Ну, а теперь давайте увяжем все вышесказанное с темой нашей сегодняшней статьи.

По логике, если увеличить массу ТВС в цилиндрах двигателя, то увеличится и количество энергии при ее сгорании. И, в конечном счете, увеличится и мощность мотора.

Но достичь этого увеличения можно двумя основными путями. Надо либо увеличить рабочий объем двигателя (и, следовательно, каждого цилиндра), либо увеличить массу топливовоздушной смеси путем предварительного сжатия воздуха, необходимого для ее приготовления.

Классификация атмосферных моторов

Атмосферник — двигатель внутреннего сгорания, в который через фильтры поступает воздух, где он смешивается с топливом. Полученная смесь попадает в камеру сгорания, воспламеняется и приводит в движение поршни, благодаря ему поддерживается вся работа автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания, преобразующие энергию тепла от сгорания топлива в механическую энергию движения, делятся на три группы:

дизельные;
газовые;
бензиновые.

Ещё в 19 столетии был создан первый бензиновый двигатель, который за время существования претерпел много изменений. Он нашёл широкое применение в автомобилестроении наряду с дизельным агрегатом. Газовый применяется только как дополнительный элемент к бензиновому мотору.

По способу подачи топлива все атмосферные агрегаты классифицируются на 2 типа:

карбюраторные;
инжекторные.

Карбюратор представляет собой узел системы питания мотора. В нём топливо смешивается с определённой частью воздуха, образуя воздушно-топливную смесь. Полученная смесь в наиболее приемлемом количестве и составе подаётся в цилиндры самого двигателя.

Инжектор или специальная форсунка — это электронно-механический узел в автомобиле, задача которого распылять топливо прямым впрыском непосредственно в цилиндр или во впускной коллектор.

Чем дизельный двигатель отличается от бензинового

Споры между приверженцами дизельных и бензиновых двигателей не утихают уже очень долго. Но нельзя отдать предпочтение тому или иному устройству – у каждого есть свои преимущества и, конечно же, присущие ДВС недостатки, а оптимальный выбор будет зависеть от конкретных условий эксплуатации и личных предпочтений владельца. В настоящее время многие производители автомобилей снабжают одни и те же модели как бензиновым, так и дизельным двигателем, чтобы был выбор для приверженцев обеих разновидностей агрегатов.

Основные отличия дизельного и бензинового двигателей

Принцип работы. Чтобы понять, чем дизельный двигатель отличается от бензинового, в первую очередь, необходимо разобраться в принципах их работы.

Бензиновый двигатель.Во впускном коллекторе формируется смесь воздуха и топлива, после чего он подается в камеру сгорания. В самом конце такта сжатия происходит окончательное смешивание топливовоздушной смеси и последующее ее равномерное распределение по всему объему цилиндра. В результате сжатия смесь нагревается примерно до 500 °С, после чего происходит ее воспламенение с помощью свечи.

Дизельный двигатель. Образование топливовоздушной смеси в дизельной установке происходит значительно быстрее. В цилиндре дизельного ДВС сжимается только воздух, который нагревается при этом до 900°С. Топливо подается в камеру отдельно. Мелкие капли солярки быстро испаряются и смешиваются с воздухом. Благодаря более высокой температуре, такая смесь самовоспламеняется и не нуждается в дополнительной искре.

Мощность и экономичность. Исторически сложилось мнение, что использование дизельного топлива намного экономичнее, чем бензина. Сейчас это верно лишь отчасти, так как стоимость дизельного топлива практически стала равна стоимости бензина.

Тем не менее, благодаря более эффективному сгоранию рабочей смеси, расход топлива в дизельном двигателе примерно на 15-20% ниже. Такое показание достигается за счет того, что степень сжатия топливовоздушной смеси в дизельной установке почти в 2 раза выше.

Бензиновые двигатели, в свою очередь, обладают большей производительностью. Например, Mercedes-Benz W124 E 200 D в дизельной версии имеет всего 75 л.с., в то время как его бензиновый оппонент может похвастаться почти в два раза превосходящей мощностью, которая составляет 136 л.с.

Однако следует заметить, что сравнительно небольшая мощность дизельных устройств с лихвой компенсируется ровной тягой на любых оборотах, что не под силу бензиновым двигателям.

Экологичность. Из-за высокой экологичности, автомобили с установленными в них дизельными двигателями пользуются повышенным спросом в США, а также и в странах Европы. Выхлопные газы дизельных установок выделяют в воздух гораздо меньше оксида углерода и других агрессивных соединений, вызывающих кислотные дожди и прочие экологические проблемы.

Основные преимущества и недостатки бензинового и дизельного двигателей:

Использование дизельных двигателей имеет ряд преимуществ:

более высокий КПД, и, как следствие, повышенная экономичность;
цена на топливо несколько ниже;
высокая долговечность;
экологичность;
в качестве смазочного материала выступает сама солярка;
благодаря отсутствию системы зажигания, двигателю не страшно попадание воды;

В то же время у дизельных установок есть и свои недостатки:

большая масса двигателя;
топливная система крайне чувствительна к некачественному топливу;
техническое обслуживание необходимо проводить чаще;
для запуска требуется аккумулятор большей емкости;
плохая устойчивость к морозам;
повышенный шум и вибрации;
сложность и дороговизна технического обслуживания;
не выносит повышенных оборотов и скоростей.

Как и дизельные, бензиновые двигатели имеют свои плюсы:

морозоустойчивость;
относительная дешевизна и простота технического обслуживания;
высокая мощность;
низкий уровень шума;
не требователен к качеству топлива;
легко переносит работу на очень высоких оборотах.

К недостаткам бензиновых устройств относятся:

повышенный расход топлива;
более быстрый износ;
хорошее тяговое усилие только на определенных оборотах.

Не нашли интересующую Вас информацию? на нашем форуме.

Устройство атмосферника

Как устроен двигатель, можно рассмотреть на примере четырёхтактного атмосферного. По функциям детали мотора разделяются примерно на 4 группы:

Для обеспечения впуска и воспламенения топливно-воздушных смесей. К этой группе относятся головка блока цилиндров и клапанный механизм.
Детали для обеспечения сжатия воздушно топливной смеси. Эта группа состоит из поршней, поршневых колец, блока цилиндра, клапана.
Для передачи энергии мотора. В группе находятся шатуны, коленчатый вал, подшипники и маховики, их можно купить здесь: /uzp.net.ua/ru/podshypnyky/.
Детали для выработки искровых вспышек. Группу наполняют свечи зажигания и распределители.

Будет также интересно: Из какого материала выбрать автоковрики

Взаимодействие этих деталей мотора обеспечивает главное вращение колёс.

Головка блока цилиндров

Это главная часть двигателя, расположенная непосредственно над блоком цилиндров. Она постоянно подвергается действию сгорающих газов, имеющих высокую температуру и давление. Деталь делают из листового железа или из сплава алюминия с высокопрочными и высокотемпературными добавками.

Клапаны и сопутствующие детали

Современные четырёхтактные двигатели имеют 4 клапана для каждого цилиндра: 2 впускных и 2 выпускных. Для обеспечения эффективного впуска впускной клапан имеет больший диаметр, чем выпускной. Они изготавливаются из высокотемпературного никеля или хромированной стали.

Каждый клапан имеет сопутствующие детали: седло и пружина, которая является спиральной и создаёт тесный контакт с седлом, предотвращая утечку газа. Обычно в двигателях используется одна пружина, но в некоторых видах устанавливают по 2 штуки для каждого клапана.

Когда клапан закрыт, седло находится в плотном контакте с его поверхностью, чтобы обеспечить непроницаемость камеры сгорания.

Блок цилиндров образует каркас двигателя. Совместно с поршнями блок цилиндров играет важную роль в обеспечении преодоления давления сжатия и сгорания. Для минимизации износа деталей и утечек газа внутренняя поверхность каждого цилиндра отделена под высокое давление хромированием.

Отверстие цилиндра делается круговым. Однако верхняя часть цилиндра и поршня благодаря высокому давлению и температуре страдает от износа. Позже зазор между поршневыми кольцами и цилиндром увеличивается, приводя к потерям сжатия.

Поршень мотора

Деталь двигается в цилиндре вверх и вниз под действием давления, образующего взрывами топливно-воздушной смеси. При этом поршень через поршневой палец и шатун вращает коленчатый вал. Сечение поршня не является правильным кругом: диаметр в направлении поршневого пальца делается немного меньше для утечки теплового расширения.

Будет также интересно: Полировка фар нужна при помутнении фар

Головка поршня становится гораздо горячее и расширяется больше, чем юбка. Для компенсации разницы в тепловом расширении диаметр поршня вверху сделан меньше, чем внизу. Кольца препятствуют утечкам под давлением сжатия смеси через зазор между цилиндром и поршнем. Обычно каждый поршень имеет 3 кольца.

Шатун агрегата

Он связывает поршень с коленчатым валом так, что вертикальное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленвала. Поскольку шатун подвержен непрерывно действующим силам сжатия и растяжения, он должен быть довольно прочным и хорошо закреплённым, чтобы выдерживать эти нагрузки.

Коленчатый вал

Эта деталь преобразует через шатун прямолинейное движение каждого поршня во вращательное движение. Он состоит из шатунных шеек, которые передают силу поршней и валу, коленных шеек, регулирующих вращение вала и балансировочных грузов, обеспечивающих хорошее, сбалансированное вращение вала.

Коленвал вращается с большой скоростью, подвергаясь сильным нагрузкам от поршней, поэтому он должен быть довольно прочным и закреплённым, а также хорошо сбалансированным как статически, так и динамически.

Турбированные двигатели и «атмосферники»: главные отличия

Для начала немного истории и теории. В основу работы любого ДВС положен принцип сгорания топливно-воздушной смеси в закрытой камере. Как известно, чем больше воздуха удается подать в цилиндры, тем больше горючего получается сжечь за один цикл. От количества сгоревшего топлива будет напрямую зависеть количество высвобождающейся энергии, которая толкает поршни. В атмосферных моторах забор воздуха происходит благодаря образованию разрежения во впускном коллекторе.

Другими словами, мотор буквально «засасывает» в себя наружный воздух на такте впуска самостоятельно, а объем поместившегося воздуха зависит от физического объема камеры сгорания. Получается, чем больше рабочий объем двигателя, тем больше воздуха он может уместить в цилиндрах и тем большее количество топлива получится сжечь. В результате мощность атмосферного ДВС и крутящий момент сильно зависят от объема мотора.

Принципиальной особенностью двигателей с нагнетателем является принудительная подача воздуха в цилиндры под определенным давлением. Данное решение позволяет силовому агрегату развивать больше мощности без необходимости физически увеличивать рабочий объем камеры сгорания. Добавим, что системами нагнетания воздуха может быть как турбина (турбокомпрессор), так и механический компрессор.

На практике это выглядит следующим образом. Для получения мощного мотора можно пойти двумя путями:

увеличить объем камеры сгорания и/или изготовить двигатель с большим количеством цилиндров;
подать в цилиндры воздух под давлением, что исключает необходимость увеличивать камеру сгорания и количество таких камер;

С учетом того, что на каждый литр топлива требуется около 1м3 воздуха для эффективного сжигания смеси в ДВС, автопроизводители по всему миру долгое время шли по пути совершенствования атмосферных двигателей. Атмомоторы представляли собой максимально надежный вид силовых агрегатов. Поэтапно происходило увеличение степени сжатия, при этом двигатели стали более стойкими к детонации. Благодаря появлению синтетических моторных масел минимизировались потери на трение, инженеры научились изменять фазы газораспределения, внедрение электронных систем управления двигателем позволило добиться высокоточного впрыска горючего и т.д.

В результате моторы от V6 до V12 с большим рабочим объемом долгое время являлись эталоном производительности. Также не стоит забывать и о надежности, так как конструкция атмосферных двигателей всегда оставалась проверенным временем решением. Параллельно с этим главными минусами мощных атмосферных агрегатов справедливо считается большой вес и повышенный расход топлива, а также токсичность. Получается, на определенном этапе развития двигателестроения увеличение рабочего объема оказалось попросту нецелесообразным.

Теперь о турбомоторах. Еще одним типом агрегатов на фоне популярных «атмосферников» всегда оставались менее распространенные агрегаты с приставкой «турбо», а также компрессорные двигатели. Такие ДВС появились достаточно давно и изначально шли по другому пути развития, получив системы для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя.

Стоит отметить, что значительной популяризации моторов с наддувом и быстрому внедрению подобных агрегатов в широкие массы долгое время препятствовала высокая стоимость автомобилей с нагнетателем. Другими словами, двигатели с наддувом были редким явлением. Объясняется это просто, так как на раннем этапе машины с турбодвигателем, механическим компрессором или одновременной комбинацией сразу двух решений зачастую ставились на дорогостоящие спортивные модели авто.

Немаловажным фактором оказалась и надежность агрегатов данного типа, которые требовали повышенного внимания в процессе обслуживания и уступали по показателям моторесурса атмосферным ДВС. Кстати, сегодня это утверждение также справедливо для двигателей с турбиной, которые конструктивно сложнее компрессорных аналогов и еще дальше ушли от атмосферных версий.

Грузовики с двигателем воздушного охлаждения