Типы двигателей внутреннего сгорания¶
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором сжигание топливовоздушной смеси происходит непосредственно внутри рабочей полости цилиндра, а продукты сгорания выполняют полезную работу. Относится к классу тепловых двигателей замкнутого цикла. Широко применяется в автомобилях, мотоциклах, тракторах, судах, авиации и стационарных установках. В России основным производителем автомобильных ДВС является группа «АвтоВАЗ» (марка Lada), а также предприятия «КАМАЗ» и «УМЗ».
¶Классификация
По виду топлива различают бензиновые, дизельные, газовые (на сжиженном или сжатом природном газе) и гибридные силовые установки. По типу рабочего цикла ДВС делятся на четырёхтактные и двухтактные. По конструкции кривошипно-шатунного механизма — на поршневые, роторно-поршневые (двигатель Ванкеля) и газотурбинные.
¶Поршневые двигатели
¶Бензиновый двигатель
Работает по циклу Отто: такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Смесь бензина с воздухом подаётся в цилиндр и воспламеняется искрой свечи зажигания. Степень сжатия обычно составляет 9–12. Для повышения эффективности применяются системы непосредственного впрыска топлива (например, у Toyota D-4 и Volkswagen FSI), а также турбонаддув.
В России бензиновые двигатели для легковых автомобилей выпускают «АвтоВАЗ» (серия двигателей ВАЗ-21126, ВАЗ-21179), «УМЗ» (УМЗ-4213) и «ЗМЗ» (ЗМЗ-40905). Для мотоциклов и небольших катеров применяются одноцилиндровые и двухцилиндровые карбюраторные и инжекторные моторы.
¶Дизельный двигатель
Работает по циклу Дизеля: воздух сжимается до степени 14–22, и в конце такта сжатия впрыскивается топливо, которое воспламеняется от контакта с раскалённым воздухом. Свечи накаливания предварительно разогревают камеру сгорания для облегчения пуска. Дизели обладают более высоким КПД (до 45 %) и расходуют меньше топлива, но требуют более прочной конструкции и тяжелее бензиновых аналогов.
В России дизельные двигатели выпускает «КАМАЗ» (серия КАМАЗ-740 объёмом 10,85 л, КАМАЗ-910.10 с Common Rail), «ЯМЗ» (ЯМЗ-536, ЯМЗ-6565) и «ТДМ-Холдинг» (ТМЗ-870). Дизели КАМАЗ применяются на грузовиках, автобусах, тракторах и бронетехнике.
¶Газовый двигатель
Использует сжиженный пропан-бутан или сжатый природный метан. Газобаллонное оборудование (ГБО) четвёртого поколения устанавливается как на бензиновые, так и на дизельные двигатели. Газ дешевле бензина, но имеет меньшую энергоёмкость, поэтому мощность двигателя снижается на 5–15 %. В России газомоторное топливо активно продвигает «Газпром нефть»; на КАМАЗ выпускаются модели с газодизельным двигателем КАМАЗ-5490 NEO.
¶Роторно-поршневой двигатель
Конструкция Феликса Ванкеля (1957) основана на вращении треугольного ротора в эпитрохоидной камере. Отсутствие возвратно-поступательного движения обеспечивает высокую мощность на единицу объёма и плавность хода. Недостатки — сложность уплотнения газов, быстрый износ и высокий расход масла. Серийно применялся на автомобилях Mazda (серия RX), в СССР разрабатывался в НАМИ (двигатель Ванкеля для «Лады-Опытной» и мотоцикла «Иж-Планета-3» с роторным двигателем).
¶Газотурбинный двигатель
Принципиально отличается от поршневых: рабочий процесс непрерывный, газы вращают лопатки турбины. Используется в авиации (как турбореактивный и турбовинтовой), на кораблях, в энергетике и на железнодорожном транспорте. В СССР газотурбинные двигатели для танков разрабатывал конструкторский коллектив под руководством А. Д. Чаромского (ГТД-1000 для танка Т-80). В гражданской авиации широко применяются двигатели ПС-90 и ПД-14 производства ОДК (Пермский моторный завод).
¶Электрические и гибридные силовые установки
Хотя электродвигатель не является ДВС, он всё чаще выступает альтернативой. В России серийные электромобили выпускает «АвтоВАЗ» (Lada e-Vesta) и «КАМАЗ» (электробус КАМАЗ-6282). Гибридные силовые установки сочетают ДВС с электромотором и аккумулятором; такие системы применяются на автобусах «ЛиАЗ» и грузовиках КАМАЗ.
¶Выбор двигателя
При выборе двигателя учитывают тип топлива, мощность, крутящий момент, расход топлива, ремонтопригодность и стоимость обслуживания. Для городской езды подходят компактные бензиновые моторы объёмом 1,4–1,6 л, для дальних поездок и грузоперевозок — дизели, для работы в условиях дефицита топлива — газовые установки. Срок службы современных ДВС при нормальном обслуживании составляет 250–400 тыс. км пробега.
¶История
Первый работоспособный ДВС построен немецкими инженерами Николаусом Отто (1876) и Готтлибом Даймлером (1883). Дизельный двигатель запатентован Рудольфом Дизелем в 1892 году. В России первые автомобильные двигатели создавались на Путиловском заводе (1900) и в АМО (1916). Серийное производство бензиновых моторов началось на Горьковском автозаводе (1932) и «АвтоВАЗе» (1970).
Источники:
- Кутепов М. Е. «Конструкция и расчёт автомобильных двигателей»
- Вахламов В. К. «Конструкция и расчёт автомобильных двигателей»
- Ханович В. И. «Автомобильные двигатели»
- Энциклопедия «Двигатели внутреннего сгорания», под ред. А. В. Сотникова