Двигатели внутреннего сгорания. Что мы о них знаем

Предлагаем в данной статье рассмотреть двигатели внутреннего сгорания, именуемые ДВС, которые устанавливаются на современные автомобили, их особенности и отличия. Речь пойдёт преимущественно о моторах легковых автомобилей.

Итак, не вдаваясь в научную классификацию, а тут делить их можно по типу используемого топлива, по смесеобразованию, воспламенению и тому подобному, условно выделим основные разновидности, какими их видит обычный обыватель. С этой точки зрения, все ДВС можно разделить на дизельные и бензиновые. По большому счёту, мы разделили их по типу используемого топлива. Но тогда нам следовало бы включить сюда и двигатели, которые работают на газе, на водороде и наверняка ещё на чём-нибудь. А мы договорились рассмотреть варианты, которые используются в современном легковом автомобилестроении в производственных масштабах и предлагаются в продаже не как экзотика, а как просто мотор обычного автомобиля. Также, наверное, не станем вести речь о роторных и роторно-поршневых двигателях. Не готов утверждать, что второй используется в современном гражданском автомобилестроении, а вот первый устанавливается точно. Но, по большому счёту, это модель. Ну может найдётся ещё максимум пара. То есть это не наш формат. Мы всё-таки поведём речь о наиболее распространённых вариантах.

Дизельный двигатель

Первый тип ДВС, о котором пойдёт речь – это дизельные двигатели. То есть это моторы, которые работают на тяжёлом топливе, которое в простонародии называется солярой или соляркой.

Достоинствами этого двигателя являются:

• высокий крутящий момент;
• доступность максимальной отдачи двигателя при более низких оборотах;
• более низкое потребление топлива по сравнению с бензиновыми двигателями;
• отсутствие в конструкции системы зажигания.

К отрицательным моментам можно отнести:

• более высокую массу самого мотора;
• большие вибрации и шумы при работе;
• несколько более сложная конструкция по сравнению с бензиновым двигателем;
• важность использования летней или зимней солярки в зависимости от времени года;
• обязательное наличие топливного фильтра в системе подачи топлива и свечей накаливании для подогрева воздуха при пуске в морозы;
• плохо прогревается, как следствие, долго ждать тепла от печки.

Ранее дизельные моторы были очень тарахтящими и вибронагруженными. В системе питания использовались топливные насосы высокого давления, топливные рейки и форсунки с плунжерными парами. Это очень простая и примитивная конструкция. В современном мире использование таких ДВС на легковых автомобилях просто невозможно. От них не получится добиться тех мощностно-экономических показателей, которые должен выдавать современный дизельный мотор. Хотя у них есть одно неоспоримое преимущество. Они очень просты конструктивно, не имеют непонятной старым дизелистам электроники и очень не требовательны к качеству топлива. То есть это хороший вариант для глубинок, мест отдалённых от цивилизации, где важно, чтобы просто работало и ремонтировалось «на коленке» или прямо в поле.

Современный дизельный мотор имеет ныне модный электронный впрыск. Технология получила название «common rail». В конструкции также присутствуют ТНВД, но уже односекционный, рейку заменила топливная рампа, форсунки, но уже без так называемых плунжеров. Рампа является резервуаром, в который закачивается топливо под высоким давлением, то есть там аккумулируется давление, от чего у этой системы есть второе название – аккумуляторный впрыск. В системе питания присутствуют различного рода датчики, показания которых подаются в блок управления ДВС, который в свою очередь и отвечает за топливовоздушную смесь.

Электронный впрыск позволяет более точно готовить смесь, дозировать впрыск в зависимости от мгновенно меняющихся условий движения. Автомобили с такой системой более резво реагируют на нажатие педали акселератора, имеют более высокую экономичность, и более дружелюбны к окружающей среде. Но как следствие, двигатели с такой системой стали менее интересны для использования в тяжёлых условиях, так как они более требовательны к качеству топлива и гораздо менее ремонтопригодны в условиях, далёких от качественного сервиса. Но как ни крути, будущее легкового дизелестроения именно за аккумуляторным впрыском.

Как правило, все современные дизельные моторы турбированные. Это необходимо, чтобы наполнить цилиндры как можно большим количеством воздуха, так необходимого для хорошего и полноценного сгорания топлива, которое, как мы знаем, в дизелях воспламеняется от сжатия. В этом основное отличие дизеля от бензина. Так что мотор на тяжёлом топливе более требователен и к воздуху. Наличие турбины обусловлено тем, что дизельный мотор работает на более низких оборотах, из-за чего естественное всасывание воздуха хуже. Иными словами, чем больше воздуха – тем выше КПД.

Бензиновый двигатель

Второй тип ДВС, о котором поведётся речь – это бензиновые двигатели. Наверное, не стоит говорить, это двигатели, в которых в качестве топлива используется бензин.

К достоинствам этих моторов можно отнести:

• меньшую массу;
• более простую конструкцию, как следствие более высокую ремонтопригодность;
• более мягкую и ровную работу;
• всесезонность топлива;
• более уверенный пуск при отрицательных температурах.

К минусам этих моторов можно отнести:

• меньший крутящий момент, по сравнению с дизелями;
• максимальная мощность двигателя доступна при более высоких оборотах ДВС;
• наличие системы зажигания со свечами.

Самым простым бензиновым двигателем является карбюраторный мотор. Это по сути такой же «дедушка», как дизель с рейкой. Минимум электроники, необходимость регулировки с помощью двух винтов на самом карбюраторе. Достоинства и недостатки у таких двигателей те же, что и у старых реечных дизелей: простота, надёжность и ремонтопригодность, невозможность конкурирования с современными двигателями, оборудованными электронным впрыском по мощностно-экономическим показателям. По большому счёту, место этих двигателей в музее, как и старых дизелей. Хотя, всё в тех же глубинках использование таких двигателей, наверное, невозможно переоценить, ведь там всё также важна возможность ремонта «на коленке» с использованием мата и напильника.

Как вы уже, наверное, догадались, современный бензиновый двигатель тоже имеет электронный впрыск, управляет которым блок управления ДВС, который, по аналогии с дизелем, полностью контролирует весь процесс смесеобразования. Как и у дизельного двигателя, имеются конструктивные отличия. Основным является то, что вместо карбюратора используется инжектор и в конструкции появляются топливные форсунки. Да, в случае с карбюратором, топливно-воздушная смесь полностью готовилась в самом карбюраторе, а далее впрыскивалась в цилиндры. В случае с инжекторным двигателем - всё несколько иначе. Топливо-воздушная смесь может готовиться несколькими способами.

• Первый – это когда топливо в инжектор впрыскивается одной форсункой под давлением. Так называемый, моновпрыск.
• Второй – это случай, в котором топливо впрыскивается персональной форсункой перед впускным клапаном каждого цилиндра. Этот способ получил название распределённого впрыска.
• Третий – это способ впрыска топлива непосредственно в камеру сгорания цилиндра. Соответственно и название получил непосредственного впрыска.
• Четвёртый – это метод, который подразумевает использование по две форсунки на цилиндр, одна перед клапаном, вторая в камеру сгорания. Смешанный способ.

Все перечисленные способы расположены в хронологическом порядке их появления на двигателях. Стоит заметить, что первый из них уже и не используется на современных моторах. Ну и естественно, каждый последующий способ становится всё более высокотехнологичным и как следствие более сложным. Таким образом, современный бензиновый ДВС становится чуть ли не шедевром инженерной мысли, равно как и современный дизель.

Турбированный двигатель

Отдельно хотелось бы сказать об относительно новом веянии в мире бензиновых моторов. Речь идёт о турбинах. Имеется в виду в гражданском автомобилестроении. Многие могут возразить, что турбины и компрессоры уже давно ставятся на легковые автомобили. Действительно, идея не нова. Но массовое распространение эта мысль начала получать только в XXI веке. Почему? Тут несколько причин.

Первая причина в том, что установив на бензиновый мотор турбину или приводной компрессор, с него можно выжать больше мощности и «сока». Всё-таки, раньше чуть меньше задумывались об этом. Едет машина и хорошо. А теперь ведь многим надо помериться чем-то на дороге. Ну а как же? Раньше этими делами мерялись только на гонках, а теперь и на дорогах общего пользования хотим. А если есть спрос – значит, появится и предложение.

Вторая причина – это налоговое бремя. Дело в том, что в Европе налог платится не как в России - с лошадиных сил, а с рабочего объёма. То есть, умные головы пообщались и решили: «А давайте начнём ставить на автомобили моторы меньшего объёма – это сделает их более выгодными в плане уплаты последующих налогов. А чтобы покупатели не расстраивались, что машины станут хуже ехать, будем втыкать туда турбины. Смотрите, какие мы молодцы. Мощность та же. Налоги меньше!» Ну и пошло поехало.

Третья причина, по которой турбированные двигатели становятся более востребованными – это свободное место. Не удивляйтесь. Дело в том, что современные автомобили становятся всё более напичканными всякого рода опциями. Это новое оборудование нужно где-то размещать. Так называемые нано- и высокие технологии нам в помощь. Но всё же, машина не резиновая. Установив на машину мотор меньшего объёма доукомплектованного турбиной или компрессором, мы получаем свободное пространство. Круто!

Ещё одной причиной в пользу существования таких моторов, является желание самих заводов помериться друг с другом своими технологиями. Типа у нас есть вот такой малыш, который выдаёт вот такую кучу крутящего момента. Давайте нам премию и кубок. Ведь постоянно проходят всякого рода соревнования и конкурсы самого мощного, самого экономичного, самого компактного авто и так далее.

Ну и естественно, нельзя отрицать хорошую приемистость таких двигателей. Вам стоит только раскрутить турбину, и вас тут же накроет волной мощного ускорения. Кайф. Это, естественно, ещё одна из причин появления таких моторов.

В отличие от дизелей, где турбина, можно сказать, является необходимостью, про бензиновый мотор такого сказать нельзя. Поэтому вряд ли можно сказать, что они наше будущее. Плюс ко всему, наличие турбины на бензиновых двигателях имеет и некоторые отрицательные стороны.

Во-первых, турбина вещь всё-таки дорогостоящая. «Турбина на дизеле, тоже недешёвая» - скажете вы. И будете правы. Но там она необходимость. А тут? Без неё можно и обойтись.

Во-вторых, после активной езды турбину обязательно нужно охлаждать для того, чтобы не было сокращения её срока службы. А тут два варианта: сидеть после каждой остановки в машине минут пять-десять или устанавливать турботаймер. Это специальное устройство, которое будет самостоятельно оставлять ДВС работающим после того, как вы заглушите автомобиль. А через некоторое время, когда сочтёт нужным, опираясь на показание датчика температуры, заглушит его самостоятельно. «Всего-то, сигнализация с турботаймером!» - скажете вы. Да, вы вновь правы. Но это лишняя задача.

В-третьих, турбомоторы менее эластичны и более чувствительны к появлению нагрузки. То есть, если взять два ДВС с одинаковой отдачей, но один атмосферный большего объёма, а второй меньшего объёма, но с турбиной, получится следующее: в снаряжённом состоянии при движении будет интересней турбированный мотор, а вот при полной загрузке уже наоборот атмосферный. Безусловно, в обоих случаях турбодвигатель станет предпочтительнее, если их уровнять по объёму. Но тогда автомобиль с турбиной станет менее предпочтителен по цене. Он однозначно станет дороже при покупке и более накладным при уплате налогов. Тут, конечно, можно вспомнить пословицу: «Любишь кататься – люби и саночки возить». Но это только в том случае, если вы действительно хотите иметь возможность пулять всегда и во всех ситуациях, а самое главное, готовы и имеете возможность за это платить.

В-четвёртых, у турбированного мотора есть один минус, который не оспорить. Он требует хорошего топлива.

В-пятых, он плохо прогревается на холостом ходу. А в наших реальных условиях – это может стать серьёзным минусом.

В-шестых, эти моторы, как правило, имеют меньший ресурс. Ну сами подумайте, из него выжали всё, что можно. Долго он так продержится? Скорее нет. Ведь недаром старые американские двигатели получили прозвище «миллионники». Дело в том, что все эти двигатели имеют большой объём и малую отдачу, по сравнению со многими моторами имеющими аналогичный объём. То есть они, по сути, никогда не работают на сто процентов. Стало быть, и «устают» не сильно. Помните, вечного двигателя не существует. И КПД не может быть равным ста процентам. Физика! Так что, ещё десять раз подумаешь, а что же лучше?

В конце многие, наверное, захотят увидеть некий ответ на вопрос, а что же выбрать? Нет, не увидите. Если бы был таковой, то всех остальных моторов не существовало бы. Тут каждому стоит только определиться, что нужно именно ему. Если нужны хорошие тяговые способности мотора на низах и с самого старта, то вам, скорее всего, подойдёт дизельный двигатель. Если вы хотите пулять, гонять и выстреливать со светофора, тогда для вас двигатель, оборудованный турбиной или компрессором. Или, если хватит денег, и с тем и с другим, или с двумя турбинами. Да, сейчас есть и такие. Если же вам не хочется переплачивать при покупке, а дизельные моторы и турбодвигатели того же объёма всегда дороже, и вам важен высокий ресурс двигателя без отказов, тогда ваш выбор честный атмосферный двигатель.

Вот такие мысли на тему ДВС.