Особенности устройства современного бензинового двигателя

Отцом бензинового четырехтактного двигателя, потомками которого оснащены большинство современных автомобилей, в далеком от нас 1876 г. стал немецкий изобретатель – конструктор-инженер Николаус Отто. Уже через 10 лет, вместе с Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом (какие имена!) Отто создал модель мотора впервые установленного на автомобиле. С тех пор четырехтактный бензиновый двигатель с искровым зажиганием, известный всем из курса физики средней школы, менял свои характеристики качественно и количественно, а в наши дни стал главным силовым агрегатом современных автомобилей.

Современный двигатель Ferrari

Количество цилиндров и их расположение

Современные бензиновые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) имеют от двух до 8 цилиндров, а некоторые даже 12! Чаще встречаются четырехцилиндровые двигатели, рядного расположения. Если же требуется повысить мощность ДВС, увеличивают количество цилиндров, и их устанавливают под углом друг к другу. Получаются V – образные двигатели, пяти, шести или восьмицилиндровые. Если цилиндры расположить друг против друга получится оппозитный ДВС. Такой приводил в движение мега-популярный Фольксваген «Кефер» или «Жук». Сегодня моторы подобного типа успешно применяет японская компания Субару. «Оппозитники» обладают небольшой высотой и позволяют понизить центр тяжести автомобиля, улучшить его устойчивость при маневрах.

Системы питания, зажигания и управления современных ДВС

Рабочую смесь бензина и воздуха для питания двигателя долгое время готовили карбюраторы. В конце ХХ века эти агрегаты были полностью вытеснены системами впрыска топлива с компьютерным управлением. Во впускном коллекторе перед соответствующим клапаном каждого цилиндра появилась форсунка, впрыскивающая топливо, по командам электронной системы управления двигателем (ЭСУД).  Количество бензина при впрыске, момент начала искрового разряда в свечах цилиндров рассчитывается ЭСУД, исходя из множества факторов:

  • Положения дроссельной заслонки или электронной педали акселератора;
  • Скорости вращения двигателя;
  • Температуры воздуха и охлаждающей жидкости;
  • Нагрузки на ДВС;
  • Расхода всасываемого воздуха;
  • Состава выхлопных газов;
  • Других данных.

Дальнейшим развитием систем питания и управления ДВС стали устройства непосредственного впрыска бензина в цилиндры. Такие агрегаты позволили поднять экономичность двигателя при движении в городском «рваном» режиме, и снизить токсичность выхлопа. Стоит отметить, что подобные устройства относительно дороги и капризны, требуют топливо и масла самого высокого качества.

Система выпуска современного ДВС

Для снижения токсичности выхлопа на бензиновых двигателях прочно прописался каталитический нейтрализатор, который производит дополнительный дожиг (окисление) сгоревшей смеси из цилиндров. На входе и выходе катализатора установлены датчики кислорода (лямбда зонды). Анализируя состояние этих датчиков, ЭСУД обеспечивает оптимальный режим работы ДВС.

устройства современного бензинового двигателя

Газораспределительный механизм двигателя

Для наполнения цилиндров двигателя горючей смесью и быстрого удаления продуктов сгорания в ДВС применяются впускные и выпускные клапана, управляемые валами газораспределительного механизма. Практически все современные двигатели имеют по два впускных и два выпускных клапана на цилиндр. На продвинутых моделях ДВС применяются сложные газораспределительные механизмы, меняющие по командам ЭСУД моменты открытия и закрытия клапанов. При этом происходит улучшение ряда параметров работы двигателя:

  • Оптимизируются мощностные характеристики ДВС;
  • Повышение топливной экономичности;
  • Снижение токсичности выбросов.

Системы наддува современных ДВС

Для повышения мощности моторов без увеличения их геометрических размеров применяются системы наддува цилиндров ДВС. Увеличение давления воздуха во впускном коллекторе позволяет закачать в цилиндры большую массу кислорода, и впрыскивать увеличенное количество топлива. При повышении давления на 0,1 атм во впускном коллекторе прирост мощности двигателя может достигать 8 – 10%. В основном применяются два типа агрегатов наддува:

  • Компрессорные с приводом от вала ДВС;
  • Турбокомпрессорные агрегаты от энергии выхлопных газов.

Второй вариант более экономичен, так как не отбирает энергию двигателя, и получил массовое применение. Выхлопные газы раскручивают турбину, на валу которой находится воздушный компрессор, создающий избыточное давление. Такой агрегат имеет ощутимый минус – запаздывание создания необходимого давления – турбояму или турболаг. Для увеличения быстродействия мотора устанавливают второй турбокомпрессор – вариант «битурбо» или «твинтурбо», но при этом происходит рост стоимости системы турбонаддува, и самого ДВС. В последние годы появились турбокомпрессоры с ускоряющим приводом от электромотора. Стоимость подобных агрегатов пока довольно высока.

Система охлаждения двигателя

Как правило, современные ДВС оснащаются жидкостными системами охлаждения с применением незамерзающего рабочего тела – антифриза.  Такие моторы создают высокий комфорт для водителя и пассажиров за счет низкий уровня шума и удобного способа отопления салона.

Обоснованно считается, что сегодня бензиновые ДВС достигли своего совершенства, а методы повышения их КПД, улучшения экологических параметров исчерпаны. Однако, еще 20 – 30 лет бензиновые двигатели будут успешно служить человеку, пока на смену не придут электромобили.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*