Двигатель внутреннего сгорания на бензине¶
Двигатель внутреннего сгорания на бензине (ДВС, бензиновый двигатель) — тепловой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочее тело образуется при сгорании бензинового топлива с воздухом непосредственно в цилиндрах двигателя. Относсится к классу поршневых двигателей и является наиболее распространённой силовой установкой легковых автомобилей, мотоциклов, лёгких катеров и авиадвигателей малой мощности.
¶Принцип работы
Основной цикл — четырёхтактный цикл Отто, предложенный немецким инженером Николаусом Отто в 1876 году. Рабочий процесс состоит из четырёх тактов:
- Впуск — поршень движется вниз, открывается впускной клапан, в цилиндр поступает топливовоздушная смесь.
- Сжатие — поршень движется вверх, сжимая смесь (степень сжатия для бензиновых двигателей обычно 8—14).
- Работа (расширение) — в конце такта сжатия свеча зажигания поджигает смесь, продукты сгорания толкают поршень вниз.
- Выпуск — поршень движется вверх, открывается выпускной клапан, отработавшие газы удаляются из цилиндра.
Также существуют двухтактные бензиновые двигатели, в которых рабочий процесс укладывается в один оборот коленвала, и роторно-поршневые (двигатели Ванкеля).
¶Отличия от дизельного двигателя
| Параметр | Бензиновый ДВС | Дизельный ДВС |
|---|---|---|
| Способ воспламенения | Искра свечи зажигания | Самовоспламенение от сжатия |
| Степень сжатия | 8—14 | 14—24 |
| Топливо | Бензин (АИ-92, АИ-95, АИ-98) | Дизельное топливо |
| Удельная мощность | Выше | Ниже |
| Топливная экономичность | Ниже | Выше на 15—30 % |
| Ресурс | Меньше | Больше |
| Стоимость ремонта | Ниже | Выше |
¶Классификация
По типу смесеобразования:
- Карбюраторные — топливо смешивается с воздухом в карбюраторе. Простая конструкция, но не отвечают современным экологическим нормам; на легковых автомобилях практически не применяются с 2000-х годов.
- Инжекторные — топливо впрыскивается форсунками (электромагнитными клапанами) под управлением электронного блока управления (ЭБУ). Разделяются на системы распределённого (MPI) и непосредственного (GDI) впрыска.
По типу охлаждения:
- Жидкостные — наиболее распространены, охлаждающая жидкость циркулирует по рубашке блока цилиндров и радиатору.
- Воздушные — применяются на мотоциклах, некоторых тракторах и авиадвигателях.
По расположению цилиндров:
- Рядные (R3, R4, R6)
- V-образные (V6, V8, V12)
- Оппозитные (боксеры, например Subaru)
- W-образные
¶Устройство
Основные узлы бензинового двигателя:
- Блок цилиндров — корпус, в котором перемещаются поршни; изготавливается из чугуна или алюминиевого сплава.
- Кривошипно-шатунный механизм — преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное.
- Газораспределительный механизм (ГРМ) — распредвал, клапаны, привод (ремень или цепь); управляет впуском и выпуском.
- Система зажигания — катушки, свечи зажигания, датчики; формирует искру в нужный момент.
- Система питания — бак, топливный насос, фильтры, рампа с форсунками.
- Система смазки — масляный насос, фильтр, масляный картер.
- Система охлаждения — помпа, радиатор, термостат, вентилятор.
- Впускная и выпускная системы — коллекторы, катализатор, глушитель.
¶Эксплуатационные характеристики
Бензиновый ДВС имеет более высокую удельную мощность по сравнению с дизельным, что обеспечивает лучшую динамику разгона при меньшей массе. Однако его топливная экономичность ниже, а крутящий момент на низких оборотах — слабее. Ресурс бензинового двигателя обычно составляет 250—400 тыс. км при условии своевременного обслуживания.
Для работы требуется бензин определённого октанового числа (АИ-92, АИ-95, АИ-98), определяющего стойкость топлива к детонации. Применение бензина с октановым числом ниже рекомендованного приводит к детонации и разрушению двигателя.
¶Экология и современные тенденции
С 1990-х годов бензиновые двигатели оснащаются каталитическим нейтрализатором, датчиками кислорода (лямбда-зондами) и системой рециркуляции выхлопных газов. С 2005 года на европейских автомобилях массово применяется система непосредственного впрыска, а с 2010-х — турбонаддув малого объёма ( downsizing ), что позволило снизить расход топлива и выбросы CO₂.
В России бензиновые двигатели остаются наиболее распространёнными на легковых автомобилях. Отечественные производители (АвтоВАЗ, «УАЗ») оснащают свою продукцию преимущественно инжекторными двигателями объёмом 1,6—2,0 л.
В перспективе, в связи с ужесточением экологических норм (Евро-6 и выше) и развитием электротранспорта, доля бензиновых ДВС в новых автомобилях постепенно снижается, однако остаётся значительной в ближайшие десятилетия.
¶История
Первый бензиновый двигатель внутреннего сгорания был создан немецкими изобретателями Николаусом Отто и Готтлибом Даймлером в 1876—1885 годах. В 1886 году Даймлер и Карл Бенз независимо друг от друга создали первые автомобили с бензиновым двигателем. В России первые бензиновые двигатели были построены в 1890-е годы на заводе «Ланг и Дитрих» в Санкт-Петербурге.
Источники:
- Гуцаленко П. А. «Двигатели внутреннего сгорания»
- Кульчевский В. А. «Двигатели внутреннего сгорания»
- Боровиков А. С. «Автомобильные бензиновые двигатели»
- Ходасевич А. Г., Николашин А. П. «Конструкция и расчёт автомобильных двигателей»