Недостатки двигателя внутреннего сгорания

Бензиновый двигатель — достоинства и недостатки

Статья об основных плюсах и минусах бензинового мотора. Конструктивные особенности и эксплуатация. В конце статьи — интересное видео о том, как выбрать бензиновый двигатель.

Конструктивные особенности и их влияние на основные показатели бензинового мотора

Автолюбители предпочитают бензиновый двигатель в силу его низкой стоимости, относительной простоты конструкции, а также меньшей массы. Эти факторы обусловлены, прежде всего, конструктивными особенностями такого агрегата.

Принцип работы бензинового мотора базируется на воспламенении заранее подготовленной топливо-воздушной смеси с помощью искры, вырабатываемой свечами зажигания. В этом случае степень сжатия, возникающая в камере сгорания, относительно невелика и составляет от 8 до 12 единиц. Именно это и позволяет сделать бензиновый двигатель ощутимо легче своего дизельного собрата, в котором повышенные нагрузки обусловливают необходимость применения деталей с большим запасом прочности.

В качестве ещё одного механизма снижения общей массы мотора широко применяется отказ от стальных гильз в цилиндрах в пользу специального металлокерамического износостойкого слоя. К огромному сожалению автовладельцев, многие из двигателей, построенных по этой технологии, не подлежат капитальному ремонту, необходимость которого может возникнуть не только в связи с длительной эксплуатацией, но и из-за использования некачественного топлива.

Современные тенденции автомобилестроения предусматривают активное внедрение турбонаддува и на бензиновых моторах, что позволяет ещё больше расширить их рабочий диапазон, а также поднять тягу на малых оборотах. Негативной стороной такого решения является существенное удорожания агрегата в целом, а также необходимость в более дорогом и частом техническом обслуживании.

Что касается удельной эффективности, которая у бензиновых моторов на достаточно высоком уровне, то постоянные работы, направленные на её рост, в некоторой степени негативно сказались на долговечности и ремонтопригодности агрегата в целом. Речь, прежде всего, ведётся об уменьшении массы поршневой группы для снижения внутренних потерь.

Это достаточно эффективная мера для повышения удельной мощности и улучшения экономичности, но её обратной стороной являются повышенный расход масла и необходимость использования дорогостоящих сплавов, которые могли бы обеспечить должную степень износостойкости для малых площадей контакта.

Следующим направлением работы над современными бензиновыми двигателями является оптимизация камеры сгорания и повышение степени сжатия. Эти меры привели к тому, что моторы стали крайне чувствительны к качеству применяемого моторного топлива, а малейшая неисправность в газораспределительном механизме неизбежно приводит к капитальному ремонту если не всего мотора целиком, то его головки блока цилиндров. Такая ситуация стала широко распространённой ещё и в связи с отказом от использования металлических цепей в пользу ремней в приводе газораспределительного механизма.

Бытует мнение, что бензиновый мотор способен преобразовать не более 20-30% высвобождающейся от сжигания топлива энергии, в то время как для дизеля этот показатель составляет 30-40%, а с применением турбонаддува и интеркулера – до 50%. Отчасти это верно, но с учётом тенденции, направленной на повышение степени сжатия бензинового двигателя и снижения аналогичного показателя для дизельного, а также повсеместного использования наддува, разница в эффективности существенно сокращается.

Лучшие по сравнению с бензиновым тяговые характеристики дизельного двигателя обусловлены его конструктивными особенностями, в частности тем, что он не имеет дроссельной заслонки и регулирование мощности производится ограничением подачи соляра. Это имеет как плюсы так и минусы. С одной стороны – давление в цилиндрах остаётся неизменным,вне зависимости от режима езды, что обеспечивает высокие тяговые характеристики в области низких оборотов, а с другой – это предполагает интенсивные нагрузки на детали двигателя.

Эксплуатационные показатели

Отличительной чертой бензиновых моторов по сравнению с дизельными является выход на максимальную мощность при высоких оборотах, что позволяет без труда поддерживать интенсивный разгон в очень широком диапазоне тахометра, даже без использования турбонаддува. Такой характер работы очень хорошо подходит для небольших автомобилей, которые эксплуатируются с малыми нагрузками преимущественно на загородных трассах.

Это вынуждает автомобилиста стартовать на повышенных оборотах, что негативно сказывается на ресурсе механизма сцепления.

Если принимать во внимание расход топлива, то в оптимальном режиме работы он будет весьма мал. К большому сожалению, специфика современного движения делает экономичную езду редким исключением. Так, бензиновый двигатель очень чувствителен к нагрузкам, и если салон автомобиля полон или есть весомый груз в багажнике, то расход топлива резко возрастает.

Это же относится и к городскому режиму езды, который способен увеличить этот показатель в 1,5 раза по отношению к базовой величине. Фактически, такой характер работы делает бензиновый двигатель мало приспособленным для установки его на внедорожники и коммерческий транспорт.

Если рассматривать этот аспект в разрезе зимней эксплуатации, то бензиновый мотор не только легче запускается, но и требует гораздо меньше времени на прогрев, что обеспечивает возможность отапливать салон спустя всего несколько минут после запуска. Для дизельного мотора при достаточно большом салоне автомобиля может потребоваться установка автономного отопителя.

Не менее важным эксплуатационным показателем современного мотора является уровень его шума и вибраций. По этому показателю бензиновый двигатель однозначно выигрывает у дизеля, в котором воспламенение смеси происходит под огромным давлением, высвобождая большое количество энергии, что приводит к сильным вибрациям и возникновению характерного рокота, который практически невозможно заглушить ни эффективной шумоизоляцией, ни использованием дорогостоящих демпферов.

Также для автомобилей с механической коробкой передач при их оснащении дизельным мотором частота переключений существенно возрастает, что в городских условиях может снизить привлекательность и удобство такого транспорта.

Что касается безопасности, то бензин гораздо более пожаро- и взрывоопасен, поэтому при эксплуатации такого автомобиля повышенное внимание должно уделяться герметичности топливной системы, исправности электрооборудования.

Необходимо также принимать во внимание тот факт, что даже пары бензина легко воспламеняются (именно поэтому и запрещено хранить это топливо в плохо проветриваемых помещениях).

Если говорить о требовательности к качеству топлива, то здесь безоговорочно предпочтительны бензиновые моторы, поскольку несмотря на усложнение их узлов и систем управления многие из них по-прежнему практически без потерь могут переваривать бензин с более низким октановым числом.

Что же касается легендарной неприхотливости дизелей, то она канула в лету вместе с их атмосферными модификациями. Современные топливные насосы высокого давления и форсунки попросту приходят в негодность при попытке залить некачественное топливо, содержащее присадки.

Качество отечественного соляра таково, что многие автопроизводители специально вносят в автомобили ряд конструктивных изменений, позволяющих им работать на менее качественном топливе, либо вообще отказываются от поставок в нашу страну дизельных моторов.

Этот факт следует принимать во внимание при покупке машины, которая в Россию официально никогда не поставлялась, либо же при приобретении подержанного автомобиля из США, Европы или Японии. Большинство современных моделей дизелей весьма требовательно к применяемым расходным материалам, в особенности к фильтрам тонкой очистки топлива, что обусловливает необходимость их частой замены. Более того, стабильность его работы гораздо больше зависит от степени их засоренности, чем у бензинового аналога.

Стоимость технического обслуживания бензиновых моторов также существенно ниже их дизельных собратьев, в результате чего многие полагают, что покупка такого автомобиля впоследствии позволит существенно сэкономить. Кроме того, межсервисный интервал дизеля практически вдвое короче, что предопределяет частые визиты на сервис.

Что касается самого обслуживания, то легковые дизели в нашей стране серийно практически не выпускались, автомобилисты познакомились с ними только благодаря импорту. Это же в полной мере относится и к сервисным центрам, в которых не всегда можно встретить квалифицированного мастера, специализирующегося на ремонте дизельных агрегатов.

Что касается традиционного мнения о том, что дизельные двигатели существенно экономичней, то с учётом практически равной стоимости высокооктанового бензина и качественного соляра этот факт, особенно для легкового автомобиля, вызывает сомнение.

Кроме того, высокая изначальная цена и дороговизна обслуживания ещё больше сокращают разницу в эксплуатационных расходах. Таким образом, дизель целесообразно использовать в коммерческом транспорте, а также в автомобилях с большим ежегодным пробегом.

Заключение

Видео о том, как выбрать бензиновый двигатель:

Источник

Поршневой двигатель внутреннего сгорания: принцип работы и недостатки

Поршневой двигатель внутреннего сгорания в наше время является самым популярным, его устанавливают на большую часть автомобилей. Мы рассмотрим принцип работы ДВС и его недостатки.

ДВС появился в начале XX века и он пришел на смену паровым двигателям, а в наше время остается одним из самых эффективных двигателей, но это будет длиться до того, пока на смену ДВС массово не придут электродвигатели. Уже сейчас некоторые модели появляются сразу с обоими типами двигателей : ДВС и электродвигатель, такие системы называют гибридами. Но а пока ДВС не остались позади рассмотрим принципы его работы и существующие недостатки.

Определение, особенности ДВС

В процессе развития науки и техники конструкция ДВС постоянно совершенствовались. Двигатели сумели доказать свою эффективность. Так появились поршневые двигатели внутреннего сгорания и как подвид – карбюраторные и инжекторные моторы. Можно выделить дизельные двигатели, роторно-поршневые и газотурбинные агрегаты.

Бензиновые ДВС

Традиционный поршневой мотор оснащен внутренней камерой сгорания. Это цилиндр внутри блока двигателя. При горении топлива выделяется энергия, которая затем превращается в механическое движение коленчатого вала. За счет поступательного движения поршней, которые воздействуют на систему из шатунов и коленчатого вала, получается вращение маховика. Можно подробней ознакомиться с конструкцией в соответствующем ГОСТ двигателя внутреннего сгорания поршневого.

Карбюраторный двигатель внутреннего сгорания отличается тем, что рабочая смесь топлива и воздуха готовится в специальном устройстве – карбюраторе. Смесь впрыскивается в цилиндры за счет разряжения. Далее она воспламеняется благодаря свече зажигания.

Инжекторный ДВС имеет более современную конструкцию. Здесь вместо традиционного механического устройства в системе питания имеются электронные форсунки. Они отвечают за впрыск точных порций горючего непосредственно в цилиндры двигателя.

Дизельные ДВС

Дизельный поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет определенные конструктивные и принципиальные отличия от бензиновых ДВС.

Если в бензиновом агрегате для воспламенения используется искра от свечи, то в дизельных работает другой принцип и свечей кроме накала здесь нет. Дизельное топливо попадает в цилиндры через форсунки, смешивается с воздухом, а затем вся эта смесь сжимается, вследствие чего нагревается до температуры горения.

Роторно-поршневые

Роторно-поршневой двигатель существенно отличается от традиционных ДВС. Газы воздействуют на специальные детали и элементы. Так, под воздействием газов подвижный ротор движется в специальной камере в форме восьмерки. Камера выполняет функции поршней, ГРМ и коленвала. Камера имеет форму «восьмерки».

Комбинированные агрегаты

В газотурбинных двигателях внутреннего сгорания тепловая энергия превращается в механическую за счет вращения специального ротора со специальными лопатками. Этот ротор приводит в действие вал турбины.

Специальные поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания (а это газотурбинные моторы и роторные) можно смело заносить в красную книгу. Сегодня роторно-поршневой мотор изготавливает лишь японская Mazda. Crysler однажды выпустил опытную серию газотурбинных ДВС, однако это было в 60-х и больше к данному вопросу никто из автопроизводителей не возвращался по сегодняшний день.

В Советском Союзе газотурбинные ДВС устанавливали на танки и десантные корабли, однако и там в дальнейшем решено было отказаться от агрегатов данной конструкции.

Устройство ДВС

Двигатель представляет единый механизм. Он состоит из блока цилиндров, деталей кривошипно-шатунного механизма, механизма ГРМ, системы впрыска и выпуска.

Внутри блока цилиндров расположена камера сгорания, где непосредственно воспламеняется топливно-воздушная смесь, а продукты сгорания приводят в действие поршни. Посредством кривошипно-шатунного механизма энергия сгорания топлива передается на коленчатый вал. Механизм ГРМ необходим для обеспечения своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

Принцип действия

При запуске двигателя в цилиндры через впускной клапан впрыскивается смесь топлива и воздуха и поджигается от искры на свече зажигания, сгенерированной системой зажигания. При горении образуются газы. Когда происходит тепловое расширение, вследствие избыточного давления поршень начинает двигаться, вращая тем самым коленчатый вал.

Работа поршневых двигателей циклична. В цикле поршневого двигателя внутреннего сгорания может быть от двух до четырех тактов. Циклы в процессе работы мотора повторяются несколько сотен раз за одну минуту. Так коленчатый вал может непрерывно вращаться.

Двухтактный ДВС

Когда мотор запускается, то поршень приводится в движения за счет поворота коленчатого вала. Когда поршень достигнет положения нижней мертвой точки и начнет двигаться вверх, в цилиндр будет подана топливно-воздушная смесь.

При движении вверх поршень начнет сжимать смесь. Когда поршень достигнет верхнего положения, будет сгенерирована искра. Топливно-воздушная смесь воспламенится. Расширяясь, газы будут толкать поршень вниз.

В этот момент откроется выпускной клапан, через который продукты сгорания смогут выйти из камеры. Далее снова дойдя до нижней мертвой точки, поршень начнет свой путь в ВМТ. Все эти процессы проходят за один оборот коленчатого вала.

Когда поршень начнет новое движение, откроется впускной клапан и новая порция топливно-воздушной смеси заместит собой отработанные газы. Весь процесс начнется заново. Двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания совершает меньшее число движений в отличии от четырехтактного. Снижены потери на трение, но выделяется больше тепла.

Механизм газораспределения заменяется поршнем. В процессе движения поршня открываются и закрываются впускные и выпускные отверстия в блоке цилиндров. По сравнению с четырехтактным силовым агрегатом, газообмен в двухтактном моторе – это главный недостаток. В момент выхода отработанных газов теряется эффективность и мощность.

Несмотря на этот недостаток поршневых двигателей внутреннего сгорания двухтактных, они применяются в мопедах, скутерах, в качестве лодочных моторов, в бензопилах.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Четырехтактный ДВС недостатков двухтактного мотора лишен. Такие моторы устанавливаются на большинство автомобилей и прочую технику. Впуск и выпуск отработанных газов – это отдельный процесс, и он не совмещен со сжатием, хотя работает поршневой двигатель внутреннего сгорания от воспламенения смеси. Работа мотора синхронизируется за счет газораспределительного механизма – клапаны открываются и закрываются синхронно с оборотами коленчатого вала. Впуск топливной смеси осуществляется лишь после полного выхода отработанных газов.

Преимущества ДВС

Начать стоит с самых популярных моторов – рядных четырехцилиндровых агрегатов. Среди достоинств – компактность, малый вес, одна ГБЦ, высокая ремонтопригодность.

Среди всех видов ДВС можно выделить еще оппозитные моторы. Они не особо популярные по причине более сложной конструкции. Применяют их преимущественно на гоночных авто. Среди достоинств – отличная первичная и вторичная балансировка, а отсюда и мягкая работа. На коленвал оказывается меньшая нагрузка. Как результат, незначительные потери мощности. Двигатель имеет низкий центр тяжести, а автомобиль лучше управляется.

Рядные шестицилиндровые моторы отлично сбалансированы, а сам агрегат работает очень плавно. Несмотря на большое количество цилиндров, цена производства не очень высокая. Также можно выделить ремонтопригодность.

Недостатки ДВС

Основной недостаток поршневых двигателей внутреннего сгорания – это все же не токсичность и шумность, а слабая эффективность. В ДВС только 20 % энергии затрачивается на собственно механическую работу. Все остальное расходуется на обогрев и другие процессы. Также двигатели выпускают в атмосферы вредные вещества такие, как оксиды азота, угарный газ, различные альдегиды.

Источник

Плюсы и минусы у различных типов двигателей: обзор

Каждый тип ДВС хорош по-своему, хотя идеала нет

Самые распространенные типы двигателей внутреннего сгорания в мире – это четырехцилиндровый рядный, четырехцилиндровый оппозитный, рядный шестицилиндровый, V6 и V8 – имеют свои плюсы и минусы. Вот все, что вам нужно знать о них, в одной удобной подборке.

Какой мотор сделает больше мощности: 4,0-литровый V6 или 4,0-литровый V8? Ответ не так прост и очевиден. При обсуждении различных двигателей их тип не является наиболее серьезным фактором, влияющим на то, сколько энергии они произведут. Приложите к созданию инженерную изобретательность, и ваш четырехцилиндровый двигатель сможет получить столько же мощности, сколько среднестатистический V12. Так что же заставляет производителей выбирать различные компоновки двигателей? Вот преимущества и недостатки каждого из вариантов движков.

Рядные четырехцилиндровые силовые агрегаты

Начнем с одного из самых распространенных двигателей – рядного четырехцилиндрового. Есть причина, по которой он так распространен. В основном потому, что это так просто: один блок цилиндров, одна головка цилиндров и один клапанный механизм. Вот все, что вам нужно о нем знать:

Преимущества:

Четырехцилиндровый рядный двигатель негабаритен и компактен, значит, его легко расположить под капотом практически любого автомобиля;

Он также немного весит сам по себе, а за счет того, что на этот тип мотора ставится всего лишь один выпускной коллектор, вес дополнительно уменьшается;

Поскольку у него только одна головка цилиндров, это означает наличие меньшего количества движимых частей по сравнению с моторами с развалом. Это означает меньшие энергопотери и уменьшает вероятность неисправностей;

Двигатель хорошо сбалансирован, поскольку два внешних поршня движутся в противоположном направлении от внутренних двух поршней (см. рисунок выше);

Четырехцилиндровые двигатели просты в обслуживании и починке. Головка блока – это высшая точка, которая делает доступ к свечам и приводу клапанов незатруднительным;

Четырехцилиндровые двигатели требуют менее высоких производственных затрат.

Минусы:

Несмотря на то что первичные силы сбалансированы идеально, этого нельзя сказать о так называемых вторичных силах, действующих на работу мотора, что в конечном счете ограничивает размеры двигателя;

Рядные четверки редко превышают объем 2,5 литра;

В больших по объему четырехцилиндровых двигателях возникает необходимость балансировки валов для снижения уровня вибрации из-за тех самых вторичных сил;

Высокий центр тяжести по сравнению с некоторыми компоновками оппозитных H4;

Не такие «неубиваемые», как некоторые версии V6 и V8.

Вот краткое видео, объясняющее принцип работы четырехцилиндрового двигателя:

Горизонтально-оппозитный

С точки зрения производительности существует не так много вариантов, столь же привлекательных, как двигатель с горизонтально уложенными противоположно расположенными цилиндрами. Оппозитный силовой агрегат не столь частый гость под капотом автомобилей, но с технической точки зрения это логичный выбор для вашего гоночного автомобиля.

Преимущества:

Первичные и вторичные силы хорошо сбалансированы. Это плавный в работе двигатель;

Баланс позволяет снизить вес коленчатого вала, что уменьшает инерционные потери от вращения;

Низкий центр тяжести обеспечивает лучшую управляемость автомобиля.

Минусы:

Размер: это очень широкие двигатели;

Оппозитные двигатели когда-то использовались в Формуле 1 именно из-за своих преимуществ в производительности, но ввиду их большой ширины они препятствовали работе с воздушным потоком вокруг кузова болида и с тех пор больше не используются;

Сложность: две головки цилиндров системы привода клапанов;

Во время работы наблюдается дисбаланс в плоскости из-за смещения поршней по отношению к коленчатому валу;

Обслуживание может быть сложным, если под капотом теснота.

Рядный шестицилиндровый

Объект привязанности инженеров, рядная шестерка является результатом прикрепления двух дополнительных цилиндров к рядному четырехцилиндровому двигателю. BMW любит их, Toyota частенько использовала такие двигатели тоже, сделав один из самых известных своих моторов – 2JZ. Так что такого особенного в этой шестерке?

Преимущества:

Компоновка в сочетании с порядком воспламенения смеси в цилиндрах создает практически самый «гладкий» в работе мотор. В плане уменьшения вибраций круче могут быть только V12 и оппозитные 12-цилиндровые моторы, которые являются следующим шагом в эволюции, так как они представляют собой сдвоенные шестицилиндровые моторы, соединенные вместе;

Но по сравнению с «V»-образными компоновками производственные затраты на один блок со всеми цилиндрами в одной плоскости весомо снижаются;

Простой дизайн, легко работать с двигателем и чинить его. Также как с рядным четырехцилиндровым мотором.

Минусы:

Капот должен соответствовать длине силового агрегата, автомобиль должен быть средних размеров;

Не идеальное решение для переднеприводных автомобилей;

Высокий центр тяжести, особенно в сравнении с оппозитными моторами;

Конструкция не настолько жесткая, как «V»-образные двигатели, так как мотор – длинный и достаточно узкий.

Вот краткое видеообъяснение принципа работы шестицилиндрового мотора:

Теперь разрежьте эту прямую «шестерку» пополам и соедините два блока цилиндров общим коленвалом. Думаете, инженеры здесь перемудрили? Зачем делать «V»-образник, если уже есть отличный рядный силовой агрегат? Ну, для автомобилей Формулы 1 он подходит, значит, у него есть свои преимущества.

Преимущества:

Они компактны и могут легко использоваться как для переднеприводных, так и для заднеприводных автомобилей;

Компоновка позволяет сделать более объемные версии, чем есть у четырехцилиндровых двигателей, что типично означает больше мощности;

Это жесткая конструкция во всех смыслах;

Формула 1 решила использовать V6, а не рядные четырехцилиндровые моторы в сезоне 2014 года, потому что они хотели интегрировать двигатель в качестве дополнительного ребра жесткости в конструкции автомобиля.

Минусы:

2 головки цилиндров означают добавление к стоимости, сложности и весу;

Дополнительные инерция и трение (больше движимых частей);

Высокий центр тяжести против плоских оппозитных двигателей;

Стоимость часто больше, чем у рядных четырехцилиндровых движков;

Дисбаланс требует дополнительного веса на противовесах коленчатого вала, разгружая коренные подшипники от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс;

Два выпускных коллектора также означают дополнительный вес.

Когда вы добавляете цилиндр на каждую из сторон блоков V6, вы получаете сердце американского масклкара… – V8. Он может издавать утонченное утробное ворчание, но так ли он хорош в реальности? Вот его главные плюсы и минусы.

Преимущества:

Размеры (короткий по длине);

Хороший баланс, в зависимости от типа коленчатого вала и порядка воспламенения горючей смеси (flatplane vs crossplane);

Позволяет сделать моторы с большими объемами.

Минусы:

Как и V6, вес двигателя V8 может быть достаточно высоким, и он явно будет весить больше шестицилиндрового движка;

Дополнительные инерция и трение (больше движимых частей);

Стоимость и сложность будут выше;

Более высокий центр тяжести против оппозитного;

Большие размеры, как правило, ограничивают использование двигателя в транспортных средствах компоновкой привода RWD/AWD. Переднеприводные варианты есть, но очень редки.

Если хотите, можете дать нам знать ниже в комментариях, какой тип двигателя вы в настоящее время используете, что вам нравится и не нравится в нем.

Источник