Двигатели внутреннего сгорания. Типы и их особенности. Часть 1

Двигатель внутреннего сгорания назван так потому, что в нём горючее сгорает непосредственно в рабочей камере, где энергия сгорания как раз и превращается в механическую работу - в отличие от, например, парового двигателя, где отдельно происходит нагрев воды и превращение её в пар, а пар, в свою очередь, движет поршни совсем в другой ёмкости.

Существует немало разновидностей двигателей внутреннего сгорания (или ДВС, как их еще коротко называют). Рассмотрим самые распространенные варианты ДВС, которые применяются (или применялись) в производстве автомобилей.

Поршневые двигатели

Самая распространенная система, по которой до сих пор строят двигатели внутреннего сгорания, имеет:

• рабочий цилиндр, в котором происходит сгорание воздушно-топливной смеси;
• поршень, движущийся под давлением газов, которые создаются от сгорания;
• кривошипный механизм, включающий шатун и коленчатый вал, который поднимает и опускает поршень относительно рабочего цилиндра.

Эти три детали (а точнее, группы деталей) являются непременными составляющими любого поршневого ДВС. А такие двигатели в свою очередь делятся на следующие группы.

Бензиновые поршневые двигатели

Хотя бензин в качестве топлива используют не только поршневые моторы, именно с них началась вообще эра ДВС. Поршневые бензиновые двигатели можно разделить на две основные группы:

• Двухтактные двигатели.
• Четырехтактные двигатели.

Принцип действия бензиновых двигателей обоих этих типов похож: в рабочую камеру поступает бензиново-воздушная смесь, которая сначала сжимается поршнем, а затем в кульминационный момент (он называется "верхняя мертвая точка") она зажигается искрой, которую производят электроды свечи зажигания, которая также находится в камере.

Двухтактные двигатели в настоящее время в основном применяются в мотоциклах, лодках или в садовой и строительной технике (косилках, бензопилах, компрессорах давления). Главная их особенность - простота построения. Двухтактные ДВС не имеют нескольких обязательных атрибутов четырехтактных моторов:

• клапанного механизма - его заменяют отверстия в рабочей камере, которые на определенных тактах перекрывает поршень;
• отдельной смазки - пары трения смазывает смесь бензина и масла.

Как раз то, что масло при двухтактной схеме должно сгорать вместе с бензином, делает эти моторы слишком неэкологичными. К тому же необходимость постоянно добавлять масло при заправке бензином в четкой пропорции также делает процесс эксплуатации слишком сложным.

Фото: Принцип работы двутактного двигателя

Первым патент на изобретение двухтактного двигателя получил выдающийся инженер, изобретатель автомобиля Карл Бенц в 1878 году. Однако даже он при построении собственного авто отдал предпочтение двигателю Отто - четырехтактному бензиновому ДВС.

Четырехтактные двигатели с искровым зажиганием смеси - так, пожалуй, правильнее назвать эти моторы, потому что они способны работать с минимальными переделками на многих горючих жидкостях: сжиженном газе, спирте, керосине и т.д. - сейчас являются самыми массовыми силовыми агрегатами в автопроизводстве. Принцип их работы очень похож на тот, что у двухтактных двигателей, за одним исключением: рабочий цикл делится на 4 такта. А именно:

• заполнение цилиндра топливной смесью;
• ее сжатие;
• зажигание смеси;
• расширения газов и очистки от них цилиндра.

Из-за этого конструкция 4-тактного ДВС сложнее 2-тактного. Обязательно присутствуют клапаны (минимум 2 на цилиндр) для впуска топливной смеси и выпуска отработанных газов. Также эти двигатели оборудованы системой смазки кривошипно-шатунного механизма, которая состоит из масляного картера, куда масло стекает, когда двигатель не работает, расположенного в нем масляного насоса и масляных каналов, которые пронизывают весь двигатель и смазывают также другие пары трения: в клапанном механизме и многих других, включая порой и навесное оборудование вроде турбокомпрессора, приводных валов и др.

Фото: Четырехтактный двигатель

Однако именно из-за сложности конструкции 4-тактный двигатель может придерживаться строгих экологических норм, а также достигать более эффективных показателей по мощности и экономичности, чем 2-тактный.

Дизельный двигатель

В отличие от изобретателя бензинового поршневого двигателя Николауса Отто, имя человека, создавшего безискровый аналог, Рудольфа Дизеля, навсегда увековечено в названии его произведения. Дизель - также поршневой двигатель, однако, в отличие от бензиновых моторов, взрыв в рабочей камере происходит за счет сжатия смеси, а не ее воспламенения.

Поэтому, с одной стороны, конструкция дизельного двигателя проще, а с другой - из-за повышенных требований по давлению в цилиндрах, подачи топлива, теплообмена и других нюансов - сложнее в том, что касается навесного и вспомогательного оборудования.

Плюсами дизелей являются экономичность, мощность - большой крутящий момент и тяга, больший ресурс. Минусами: низкая экологичность (без дополнительного оборудования), сложное обслуживание и плохая теплоотдача;

Итак, мы кратко разобрали основные типы автомобильных двигателей. Об их подтипах, особенностях эксплуатации и о других типах двигателей расскажем в следующем материале.