Не буде перебільшенням сказати, що більшість саморушних пристроїв сьогодні оснащені двигунами внутрішнього згоряння різноманітних конструкцій, що використовують різні принципові схеми роботи. Принаймні, якщо говорити про автомобільний транспорт. У статті ми розглянемо докладніше ДВС. Що це таке, як працює даний агрегат, у чому його плюси та мінуси, ви дізнаєтесь, прочитавши її.
Принцип роботи двигунів внутрішнього згоряння
Головний принцип роботи ДВС заснований на тому, що паливо (тверде, рідке або газоподібне) згоряє у спеціально виділеному робочому обсязі всередині самого агрегату, перетворюючи теплову енергію на механічну.
Робоча суміш, що надходить у циліндри такого двигуна, піддається стиску. Після її займання за допомогою спеціальних пристроїв виникає надлишковий тиск газів, що змушують поршні циліндрів повертатися у вихідне положення. Так створюється постійний робочий цикл, що перетворює за допомогою спеціальних механізмів кінетичну енергію в момент, що крутить.
На сьогоднішній день пристрій ДВС може мати три основні види:
- часто званий легким;
- чотиритактний силовий агрегат, що дозволяє досягти більш високих показників потужності та значень ККД;
- які мають підвищені потужнісні характеристики.
Крім цього існують інші модифікації основних схем, що дозволяють поліпшити ті чи інші властивості силових установок даного виду.
Переваги двигунів внутрішнього згоряння
На відміну від силових агрегатів, що передбачають наявність зовнішніх камер, ДВЗ має значні переваги. Головними з них є:
- набагато компактніші розміри;
- вищі показники потужності;
- оптимальні значення ККД.
Слід зазначити, говорячи про ДВС, що це такий пристрій, що у переважній більшості випадків дозволяє використовувати різні види палива. Це може бути бензин, дизельне паливо, природний або гас і навіть звичайна деревина.
Такий універсалізм приніс цій принциповій схемі двигуна заслужену популярність, повсюдне поширення і світове лідерство.
Короткий історичний екскурс
Прийнято вважати, що двигун внутрішнього згоряння веде відлік своєї історії з моменту створення французом де Рівасом в 1807 поршневого агрегату, що використовував як паливо водень в газоподібному агрегатному стані. І хоча з того часу пристрій ДВЗ зазнав значних змін і модифікацій, основні ідеї цього винаходу продовжують використовуватися і в наші дні.
Перший чотиритактний двигун внутрішнього згоряння побачив світ 1876 року в Німеччині. В середині 80-х років XIX століття в Росії був розроблений карбюратор, що дозволяв дозувати подачу бензину в циліндри двигуна.
А наприкінці позаминулого століття знаменитий німецький інженер запропонував ідею займання горючої суміші під тиском, що суттєво підвищувало потужнісні характеристики ДВЗ та показники ККД агрегатів подібного виду, які до цього залишали бажати багато кращого. З того часу розвиток двигунів внутрішнього згоряння йшло в основному шляхом поліпшення, модернізації та впровадження різноманітних поліпшень.
Основні види та типи ДВС
Проте більш ніж 100-річна історія агрегатів цього виду дозволила розробити кілька основних видів силових установок із внутрішнім згорянням палива. Вони відрізняються між собою не тільки складом робочої суміші, що використовується, але і конструктивними особливостями.
Бензинові двигуни
Як випливає з назви, агрегати цієї групи використовують як паливо різні види бензину.
У свою чергу такі силові установки прийнято поділяти на дві великі групи:
- Карбюраторні. У таких пристроях паливна суміш перед надходженням до циліндрів збагачується повітряними масами у спеціальному пристрої (карбюраторі). Після чого відбувається її запалення за допомогою електричної іскри. Серед найбільш яскравих представників даного типу можна назвати моделі ВАЗ, ДВЗ яких дуже довгий час був виключно карбюраторного типу.
- Інжекторні. Це більш складна система, в якій впорскування палива в циліндри здійснюється за допомогою спеціального колектора та форсунок. Він може відбуватися як механічним способом, так і за допомогою спеціального електронного пристрою. Найбільш продуктивними вважаються системи прямого безпосереднього упорскування "Коммон Рейл". Встановлюються майже всі сучасні автомобілі.
Інжекторні бензинові двигуни прийнято вважати економічнішими і такими, що забезпечують вищий ККД. Однак вартість таких агрегатів набагато вища, а обслуговування та експлуатація – помітно складніше.
Дизельні двигуни
На зорі існування агрегатів подібного виду дуже часто можна було чути жарт про ДВС, що це такий пристрій, який їсть бензин, як кінь, а рухається набагато повільніше. З винаходом дизельного двигуна цей жарт частково втратив свою актуальність. Головним чином тому, що дизель здатний працювати на паливі набагато нижчої якості. А значить, і на набагато дешевшому, ніж бензин.
Основною важливою відмінністю внутрішнього згоряння є відсутність примусового займання паливної суміші. Солярка впорскується в циліндри спеціальними форсунками, а окремі краплі палива спалахують через силу тиску поршня. Поряд з перевагами дизельний двигун має і цілу низку недоліків. Серед них можна виділити такі:
- набагато менша потужність у порівнянні з бензиновими силовими установками;
- великими габаритами та ваговими характеристиками;
- труднощами із запуском за екстремальних погодних та кліматичних умов;
- недостатньою тяжкістю та схильністю до невиправданих втрат потужності, особливо на порівняно високих оборотах.
Крім того, ремонт ДВЗ дизельного типу, як правило, набагато складніший і витратніший, ніж регулювання або відновлення працездатності бензинового агрегату.
Газові двигуни
Незважаючи на дешевизну природного газу, що використовується як паливо, пристрій ДВЗ, що працюють на газі, набагато складніше, що веде до істотного подорожчання агрегату в цілому, його монтажу та експлуатації зокрема.
На силових установках подібного типу скраплений або природний газ надходить у циліндри через систему спеціальних редукторів, колекторів та форсунок. Запалення паливної суміші відбувається так само, як і в карбюраторних бензинових установках, - за допомогою електричної іскри, що походить від свічки запалювання.
Комбіновані типи двигунів внутрішнього згоряння
Мало хто знає про комбіновані системи ДВС. Що це таке і де застосовується?
Йдеться, звичайно ж, не про сучасні гібридні автомобілі, здатні працювати як на пальному, так і від електричного мотора. Комбінованими двигунами внутрішнього згоряння прийнято називати такі агрегати, які поєднують у собі елементи різних принципів паливних систем. Найбільш яскравим представником сімейства таких двигунів є газодизельні установки. Вони паливна суміш надходить у блок ДВС практично як і, як й у газових агрегатах. Але підпал пального проводиться не за допомогою електророзряду від свічки, а запальної порцією солярки, як це відбувається у звичайному дизельному моторі.
Обслуговування та ремонт двигунів внутрішнього згоряння
Незважаючи на досить широке розмаїття модифікацій, усі двигуни внутрішнього згоряння мають аналогічні принципові конструкції та схеми. Тим не менш, для того щоб якісно здійснювати обслуговування та ремонт ДВЗ, необхідно досконально знати його пристрій, розуміти принципи роботи та вміти визначати неполадки. Для цього, безумовно, необхідно ретельно вивчити конструкцію двигунів внутрішнього згоряння різних типів, усвідомити призначення тих чи інших деталей, вузлів, механізмів і систем. Справа ця непроста, але дуже цікава! А головне, потрібне.
Спеціально для допитливих розумів, які бажають самостійно осягнути всі обряди та секрети практично будь-якого транспортного засобу, приблизна принципова схема ДВС представлена на фото вище.
Отже, ми з'ясували, що являє собою даний силовий агрегат.
Припустимо, син запитає вас: «Тато, а який найдивовижніший мотор на світі»? Що ви йому дасте відповідь? 1000-сильний агрегат Bugatti Veyron? Або новий турбодвигун AMG? Або двигун Volkswagen з подвійним наддувом?
Останнім часом з'явилося чимало крутих винаходів, і всі ці наддуви-вприскування здаються дивовижними… якщо не знати. Бо найдивовижніший двигун, про який я знаю, був зроблений у Радянському Союзі і, як ви здогадалися, не для «Лади», а для танка Т-64. Він називався 5ТДФ, і ось кілька дивовижних фактів.
Він був п'ятициліндровий, що саме по собі незвичайно. У нього було 10 поршнів, десять шатунів і два колінчасті вали. Поршні рухалися в циліндрах у протилежних напрямках: спочатку назустріч один одному, потім назад, знову назустріч і таке інше. Відбір потужності здійснювався з обох колінчастих валів, щоб було зручно для танка.
Двигун працював за двотактним циклом, і поршні грали роль золотників, які відкривали впускні та випускні вікна: тобто ніяких клапанів та розподільних валів у нього не було. Конструкція була геніальною та ефективною – двотактний цикл забезпечував максимальну літрову потужність, а прямоточне продування – високу якість наповнення циліндрів.
До того ж 5ТДФ був дизелем з безпосереднім упорскуванням, де паливо подавалося в простір між поршнями незадовго до моменту, коли вони досягали максимального зближення. Причому впорскування здійснювалося чотирма форсунками по хитрій траєкторії, щоб забезпечити миттєве сумішоутворення.
Але цього мало. Двигун мав турбокомпресор з родзинкою – величезних розмірів турбіна та компресор розміщувалися на валу та мали механічний зв'язок з одним із колінчастих валів. Геніально - на режимі розгону компресор підкручувався від колінчастого валу, що виключало турбояму, а коли потік вихлопних газів добре розкручував турбіну, потужність від неї передавалася на колінчастий вал, підвищуючи економічність двигуна (така турбіна називається силовою).
До того ж мотор був багатопаливним, тобто міг працювати на дизпаливі, гасі, авіаційному паливі, бензині або будь-якій їх суміші.
Плюс до цього ще півсотні незвичайних рішень, на кшталт складових поршнів із вставками із жароміцної сталі та системи мастила із сухим картером, як у гоночних автомобілів.
Всі хитрощі мали дві мети: зробити мотор максимально компактним, економічним і потужним. Для танка важливі всі три параметри: перший полегшує компонування, другий покращує автономність, третій – маневреність.
І результат вийшов вражаючим: при робочому об'ємі 13,6 літра в форсованій версії мотор розвивав більше 1000 к.с. Для дизеля 60-х років це був чудовий результат. За питомою літровою та габаритною потужностями мотор перевершував аналоги інших армій у кілька разів. Я бачив його наживо, і компонування справді вражає уяву – прізвисько «Чемодан» йому дуже йде. Я б навіть сказав «щільно набиту валізу».
Він не прижився через надмірну складність і дорожнечу. На тлі 5ТДФ будь-який автомобільний мотор - навіть від Bugatti Veyron - здається якимось не можна банальним. І чим чорт не жартує, техніка може зробити виток і знову повернутись до рішень, колись використаних на 5ТДФ: двотактному дизельному циклу, силовим турбінам, багатофорсуночному упорскування.
Почалося ж масове повернення до турбомоторів, які у свій час вважалися занадто складними для неспортивних машин.
У пристрої двигуна поршень є ключовим елементом робочого процесу. Поршень виконаний у вигляді металевої склянки порожнистої, розташованого сферичним дном (головка поршня) вгору. Напрямна частина поршня, інакше звана спідницею, має неглибокі канавки, призначені для фіксації поршневих кілець. Призначення поршневих кілець – забезпечувати, по-перше, герметичність надпоршневого простору, де при роботі двигуна відбувається миттєве згоряння бензиново-повітряної суміші і газ, що розширюється, не міг, обігнувши спідницю, прямувати під поршень. По-друге, кільця запобігають попаданню олії, що знаходиться під поршнем, у надпоршневий простір. Таким чином, кільця у поршні виконують функцію ущільнювачів. Нижнє (нижні) поршневе кільце називається маслознімним, а верхнє (верхні) - компресійним, тобто забезпечує високий ступінь стиснення суміші.
Коли з карбюратора або інжектора всередину циліндра потрапляє паливно-повітряна або паливна суміш, вона стискається поршнем при русі вгору і підпалюється електричним розрядом від свічки системи запалювання (в дизелі відбувається самозаймання суміші за рахунок різкого стиснення). Гази згоряння, що утворюються, мають значно більший об'єм, ніж вихідна паливна суміш, і, розширюючись, різко штовхають поршень вниз. Таким чином теплова енергія палива перетворюється на зворотно-поступальний (вгору-вниз) рух поршня в циліндрі.
Далі необхідно перетворити цей рух на обертання валу. Відбувається це так: усередині спідниці поршня розташований палець, на якому закріплюється верхня частина шатуна, останній шарнірно зафіксований на кривошипі колінчастого валу. Колінвал вільно обертається на опорних підшипниках, що розташовані в картері двигуна внутрішнього згоряння. При русі поршня шатун починає обертати коленвал, з якого момент, що крутить, передається на трансмісію і - далі через систему шестерень - на провідні колеса.
Технічні характеристики двигуна. Характеристики двигуна При русі вгору-вниз у поршня є два положення, які називаються мертвими точками. Верхня мертва точка (ВМТ) - це момент максимального підйому головки і всього поршня вгору, після чого він починає рух вниз; нижня мертва точка (НМТ) – найнижче положення поршня, після якого вектор напрямку змінюється і поршень спрямовується вгору. Відстань між ВМТ і НМТ названо ходом поршня, об'єм верхньої частини циліндра при положенні поршня у ВМТ утворює камеру згоряння, а максимальний об'єм циліндра при положенні поршня НМТ називається повним об'ємом циліндра. Різниця між повним об'ємом та об'ємом камери згоряння отримала найменування робочого об'єму циліндра.
Сумарний робочий об'єм всіх циліндрів двигуна внутрішнього згоряння вказується в технічних характеристиках двигуна, що виражається в літрах, тому в побуті називається літражем двигуна. Другий найважливішою характеристикою будь-якого ДВС є ступінь стиснення (СС), що визначається як окреме від розподілу повного об'єму на об'єм камери згоряння. У карбюраторних двигунів СС варіює в інтервалі від 6 до 14, у дизелів - від 16 до 30. Саме цей показник поряд з об'ємом двигуна визначає його потужність, економічність та повноту згоряння паливо-повітряної суміші, що впливає на токсичність викидів при роботі ДВЗ.
Потужність двигуна має бінарне позначення – у кінських силах (к.с.) та кіловатах (кВт). Для переведення одиниць одна в іншу застосовується коефіцієнт 0,735, тобто 1 л. = 0,735 квт.
Робочий цикл чотиритактного ДВЗ визначається двома оборотами колінчастого валу - по півоберта на такт, що відповідає одному ходу поршня. Якщо двигун одноциліндровий, то в його роботі спостерігається нерівномірність: різке прискорення ходу поршня при вибуховому згорянні суміші та уповільнення його при наближенні до НМТ і далі. Для того, щоб цю нерівномірність купірувати, на валу за межами корпусу двигуна встановлюється потужний диск-маховик з великою інерційністю, завдяки чому момент обертання валу в часі стає більш стабільним.
Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння
Сучасний автомобіль, найчастіше, рухається двигуном внутрішнього згоряння. Таких двигунів існує безліч. Розрізняються вони обсягом, кількістю циліндрів, потужністю, швидкістю обертання, використовуваним паливом (дизельні, бензинові та газові ДВЗ). Але, важливо, пристрій двигуна внутрішнього згоряння, схоже.
Як працює двигун і чому називається чотиритактним двигуном внутрішнього згоряння? Про внутрішнє згоряння відомо. Усередині двигуна згоряє паливо. А чому 4 такти двигуна, що це таке? Справді, бувають двотактні двигуни. Але на автомобілях вони використовуються дуже рідко.
Чотирьохтактний двигун називається через те, що його роботу можна розділити на чотири, рівні за часом, частини. Поршень чотири рази пройде циліндром – два рази вгору і двічі вниз. Такт починається при знаходженні поршня у крайній нижній або верхній точці. У автомобілістів-механіків це називається верхня мертва точка (ВМТ) та нижня мертва точка (НМТ).
Перший такт - такт впуску
Перший такт, він же впускний, починається з ВМТ (верхньої мертвої точки). Рухаючись вниз, поршень, всмоктує в циліндр паливоповітряну суміш. Робота такту відбувається при відкритому клапані впуску. До речі, існує багато двигунів із кількома впускними клапанами. Їхня кількість, розмір, час перебування у відкритому стані може суттєво вплинути на потужність двигуна. Є двигуни, в яких залежно від натискання на педаль газу відбувається примусове збільшення часу знаходження впускних клапанів у відкритому стані. Це зроблено для збільшення кількості палива, що всмоктується, яке, після займання, збільшує потужність двигуна. Автомобіль у цьому випадку може набагато швидше прискоритися.
Другий такт – такт стиснення
Наступний такт роботи двигуна – такт стискування. Після того як поршень досяг нижньої точки, він починає підніматися вгору, тим самим стискаючи суміш, яка потрапила в циліндр в такт впуску. Паливна суміш стискається до обсягів згоряння камери. Що це за така камера? Вільний простір між верхньою частиною поршня та верхньою частиною циліндра при знаходженні поршня у верхній мертвій точці називається камерою згоряння. Клапани в цей такт роботи двигуна закриті повністю. Чим щільніше вони закриті, тим стиснення відбувається якісніше. Велике значення має, у разі, стан поршня, циліндра, поршневих кілець. Якщо є великі зазори, то хорошого стиснення не вийде, а, відповідно, потужність такого двигуна буде набагато нижчою. Компресію можна перевірити спеціальним приладом. За величиною компресії можна зробити висновок про ступінь зношування двигуна.
Третій такт – робочий хід
Третій такт – робітник, що починається з ВМТ. Робітником він називається невипадково. Адже саме в цьому такті відбувається дія, що змушує автомобіль рухатися. У цьому вся такті в роботу вступає система запалювання. Чому така система так називається? Та тому, що вона відповідає за підпалювання паливної суміші, стиснутої в циліндрі, камері згоряння. Працює це дуже просто – свічка системи дає іскру. Заради справедливості, варто зауважити, що іскра видається на свічці запалювання за кілька градусів до досягнення поршнем верхньої точки. Ці градуси, в сучасному двигуні, автоматично регулюються «мозками» автомобіля.
Після того, як паливо загориться, відбувається вибух - воно різко збільшується в об'ємі, змушуючи поршень рухатися вниз. Клапани в такті роботи двигуна, як і в попередньому, знаходяться в закритому стані.
Четвертий такт – такт випуску
Четвертий такт роботи двигуна, останній – випускний. Досягши нижньої точки, після робочого такту, у двигуні починає відкриватися випускний клапан. Таких клапанів, як і впускних, може бути кілька. Рухаючись вгору, поршень через цей клапан видаляє гази, що відпрацювали, з циліндра – вентилює його. Від чіткої роботи клапанів залежить ступінь стиснення в циліндрах, повне видалення відпрацьованих газів і необхідну кількість паливно-повітряної суміші, що всмоктується.
Після четвертого такту настає черга першого. Процес повторюється циклічно. А за рахунок чого відбувається обертання - робота двигуна внутрішнього згоряння всі 4 такти, що змушує поршень підніматися і опускатися в тактах стиснення, випуску та впуску? Справа в тому, що не вся енергія, яка отримується в робочому такті, прямує на рух автомобіля. Частина енергії йде на розкручування маховика. А він, під дією інерції, крутить колінчастий вал двигуна, переміщуючи поршень у період неробочих тактів.
Газорозподільчий механізм
Газорозподільний механізм (ГРМ) призначений для упорскування палива та випуску відпрацьованих газів у двигунах внутрішнього згоряння. Сам механізм газорозподілу ділиться на нижньоклапанний, коли розподільний вал знаходиться в блоці циліндрів і верхньоклапанний. Верхнеклапанний механізм має на увазі знаходження розподільного валу в головці блоку циліндрів (ГБЦ). Існують і альтернативні механізми газорозподілу, такі як гільзова система ГРМ, десмодромна система та механізм із змінними фазами.
Для двотактних двигунів механізм газорозподілу здійснюється за допомогою впускних та випускних вікон у циліндрі. Для чотиритактних двигунів найпоширеніша система верхньоклапанна, про неї і йтиметься нижче.
Пристрій ГРМ
У верхній частині блоку циліндрів знаходиться ГБЦ (головка блоку циліндрів) з розташованими на ній розподільчим валом, клапанами, штовхачами або коромислами. Шків приводу розподільного валу винесений за межі головки блоку циліндрів. Для виключення протікання моторного масла з-під клапанної кришки, на шийку розподільного валу встановлюється сальник. Сама клапанна кришка встановлюється на масло-бензостійку прокладку. Ремінь ГРМ або ланцюг одягається на шків розподільного валу і приводиться в дію шестерней колінчастого валу. Для натягу ременя використовуються натяжні ролики, для ланцюга натяжні «черевики». Зазвичай ременем ГРМ приводиться в дію помпа водяної системи охолодження, проміжний вал системи запалювання і привід насоса високого тиску ТНВД (для дизельних варіантів).
З протилежного боку розподільного валу за допомогою прямої передачі або за допомогою ременя, можуть приводитися в дію вакуумний підсилювач, гідропідсилювач керма або автомобільний генератор.
Розподільний вал являє собою вісь з проточеними на ній кулачками. Кулачки розташовані по валу так, що в процесі обертання, стикаючись з штовхачами клапанів, натискають на них точно відповідно до робочих такт двигуна.
Існують двигуни і з двома розподільними валами (DOHC) і великою кількістю клапанів. Як і в першому випадку, шківи приводяться в дію одним ременем ГРМ і ланцюгом. Кожен розподільний вал закриває один тип клапанів впускних або випускних.
Клапан натискається коромислом (ранні версії двигунів) чи штовхачем. Розрізняють два види штовхачів. Перший – штовхачі, де зазор регулюється калібрувальними шайбами, другий – гідроштовхачі. Гідроштовхач пом'якшує удар по клапану завдяки маслу, що знаходиться в ньому. Регулювання зазору між кулачком та верхньою частиною штовхача не потрібне.
Принцип роботи ГРМ
Весь процес газорозподілу зводиться до синхронного обертання колінчастого валу та розподільчого валу. А також відкривання впускних і випускних клапанів у певному місці положення поршнів.
Для точного розташування розподільного валу щодо колінвалу використовуються настановні мітки. Перед одяганням ременя газорозподільного механізму поєднуються та фіксуються мітки. Потім одягається ремінь, «звільняються» шківи, після чого ремінь натягується натяжними роликами.
При відкритті клапана коромислом відбувається таке: розподільний вал кулачком «наїжджає» на коромисло, яке натискає на клапан, після проходження кулачка, клапан під дією пружини закривається. Клапани у разі розташовуються v-образно.
Якщо в двигуні застосовані штовхачі, то розподільний вал знаходиться безпосередньо над штовхачами, при обертанні, натискаючи своїми кулачками на них. Перевага такого ГРМ – малі шуми, невелика ціна, ремонтопридатність.
У ланцюговому двигуні весь процес газорозподілу той самий, тільки при складанні механізму, ланцюг одягається на вал разом із шківом.
Кривошипно-шатунний механізм
Кривошипно-шатунний механізм (далі скорочено – КШМ) – механізм двигуна. Основним призначенням КШМ є перетворення зворотно-поступальних рухів поршня циліндричної форми в обертальні рухи колінчастого валу в двигуні внутрішнього згоряння і навпаки.
Пристрій КШМ
Поршень
Поршень має вигляд циліндра, виготовленого із сплавів алюмінію. Основна функція цієї деталі полягає у перетворенні на механічну роботу зміни тиску газу, або навпаки, - нагнітання тиску за рахунок зворотно-поступального руху.
Поршень є складені воєдино днище, головку і спідницю, які виконують зовсім різні функції. Днище поршня плоскої, увігнутої або опуклої форми містить камеру згоряння. Головка має нарізані канавки, де розміщуються поршневі кільця (компресійні та маслознімні). Компресійні кільця виключають прорив газів у картер двигуна, а поршневі маслознімні кільця сприяють видаленню надлишків олії на внутрішніх стінках циліндра. У спідниці розташовані дві боби, що забезпечують розміщення поршень з шатуном поршневого пальця.
Виготовлений штампуванням або кований сталевий (рідше – титановий) шатун має шарнірні з'єднання. Основна роль шатуна полягає у передачі поршневого зусилля до колінчастого валу. Конструкція шатуна передбачає наявність верхньої та нижньої головки, а також стрижня з двотавровим перетином. У верхній головці і бобишках знаходиться поршневий палець, що обертається («плаває»), а нижня головка - розбірна, дозволяючи, тим самим, забезпечити тісне з'єднання з шийкою валу. Сучасна технологія контрольованого розколювання нижньої головки дозволяє забезпечити високу точність з'єднання її частин.
Маховик встановлюється на кінці колінчастого валу. На сьогоднішній день знаходять широке застосування двомасові маховики, що мають вигляд двох, пружно з'єднаних між собою дисків. Зубчастий вінець маховика бере безпосередню участь у запуску двигуна через стартер.
Блок та головка циліндрів
Блок циліндрів і головка блоку циліндрів відливаються з чавуну (рідше сплавів алюмінію). У блоці циліндрів передбачені сорочки охолодження, ліжка для підшипників колінчастого та розподільчого валів, а також точки кріплення приладів та вузлів. Сам циліндр виконує функцію направляючої для поршнів. Головка блоку циліндра має в своєму розпорядженні камеру згоряння, впускні-випускні канали, спеціальні різьбові отвори для свічок системи запалювання, втулки і запресовані сідла. Герметичність з'єднання блоку циліндрів із головкою забезпечені прокладкою. Крім того, головка циліндра закрита кришкою штампованої, а між ними, як правило, встановлюється прокладка з маслостійкої гуми.
В цілому поршень, гільза циліндрів і шатун формують циліндр або циліндропоршневу групу кривошипно-шатунного механізму. Сучасні двигуни можуть мати до 16 і більше циліндрів.
5, 10, 12 або більше циліндрів. Дозволяє скоротити лінійні розміри двигуна в порівнянні з рядним розташуванням циліндрів.
VR-подібний
"VR" абревіатура двох німецьких слів, що позначають V-подібний і R-рядний, тобто "v-подібно-рядний". Двигун розроблений компанією Volkswagen і є симбіозом V-подібного двигуна з екстремально малим кутом розвалу 15° і рядного двигуна. Поршні розташовані у блоці у шаховому порядку. Сукупність переваг обох типів двигунів призвела до того, що двигун VR6 став настільки компактним, що дозволив накрити обидва ряди циліндрів однією загальною головкою, на відміну від звичайного V-подібного двигуна. В результаті двигун VR6 вийшов істотно менше по довжині, ніж рядний циліндровий 6, і менше по ширині, ніж звичайний V-подібний 6-циліндровий двигун. Ставився з 1991р (1992 модельний) на автомобілі Volkswagen Passat, Golf, Corrado, Sharan. Має заводські індекси "AAA" об'ємом 2.8 літра, потужністю 174 л/с та "ABV" об'ємом 2.9 літра та потужністю 192 л/с.
Опозитний двигун- поршневий двигун внутрішнього згоряння, у якому кут між рядами циліндрів становить 180 градусів. В автомобільній та мототехніці оппозитний двигун застосовується для зниження центру тяжіння, замість традиційного V-подібного, так само оппозитне розташування поршнів дозволяє їм взаємно нейтралізувати вібрації, завдяки чому двигун має більш плавну робочу характеристику.
Найбільшого поширення оппозитний двигун отримав у моделі Volkswagen Kaefer (Beetle, в англійському варіанті) випущеної за роки виробництва (з по 2003 рік) у кількості 21 529 464 штук.
Компанія Porsche використовує його в більшості своїх спортивних та гоночних моделях серій, GT1, GT2 та GT3.
Опозитний двигун є також відмінною рисою автомобілів марки Subaru, який встановлюється практично у всі моделі Subaru з 1963 року. Більшість двигунів цієї фірми мають опозитне компонування, яке забезпечує дуже високу міцність і жорсткість блоку циліндрів, але водночас робить двигун складним у ремонті. Старі двигуни серії EA (EA71, EA82 (випускалися приблизно до 1994 року)) славляться своєю надійністю. Новіші двигуни серії EJ, EG, EZ (EJ15, EJ18, EJ20, EJ22, EJ25, EZ30, EG33, EZ36), що встановлюються на різні моделі Subaru з 1989 року і по теперішній час (з лютого 1989 року автомобілі з передачею двигунів з механічною коробкою передач).
Також встановлювався на румунські автомобілі Oltcit Club (є точною копією Citroen Axel), з 1987 по 1993 роки. У виробництві мотоциклів оппозитні двигуни знайшли широке застосування у моделях фірми BMW, а також у радянських важких мотоциклах «Урал» та «Дніпро».
U-подібний двигун- умовне позначення силової установки, що представляє собою два рядні двигуни, колінчасті вали яких механічно з'єднані за допомогою ланцюга або шестерень.
Відомі приклади використання: спортивні автомобілі - Bugatti Type 45, досвідчений варіант Matra Bagheera; деякі суднові та авіаційні двигуни.
U-подібний двигун з двома циліндрами у кожному блоці позначається іноді як square four.
Двигун із зустрічним рухом поршнів- конфігурація двигуна внутрішнього згоряння з розташуванням циліндрів у два ряди один навпроти іншого (зазвичай один над іншим) таким чином, що поршні розташованих один навпроти одного циліндрів рухаються назустріч один одному і мають загальну камеру згоряння. Колінвали механічно з'єднані, потужність відбирається з одного з них або з обох (наприклад, при приводі двох гребних гвинтів). Двигуни цієї схеми в основному двотактні з турбонаддувом. Ця схема застосовується на авіадвигунах, танкових двигунах (Т-64, Т-80УД, Т-84, Chieftain), двигунах тепловозів (ТЕ3, 2ТЕ10) і великих морських суднових дизелях. Зустрічається й інша назва цього типу двигунів - двигун з протилежно-рухомі, що рухаються (двигун з ПДП).
Принцип дії:
1 впуск
2 приводний нагнітач
3 повітропровід
4 запобіжний клапан
5 випускний КШМ
6 впускний КШМ (запізнюється на ~20° щодо випускного)
7 циліндр з впускними та випускними вікнами
8 випуск
9 сорочка водяного охолодження
10 свічка запалювання
Ротативний двигун- зіркоподібний двигун повітряного охолодження, заснований на обертанні циліндрів (зазвичай представлених у непарній кількості) разом з картером та повітряним гвинтом навколо нерухомого колінчастого валу, закріпленого на моторній рамі. Подібні двигуни широко використовувалися в часи першої світової війни та громадянської війни в Росії. Протягом цих воєн ці двигуни перевершували за питомою масою двигуни водяного охолодження, тому в основному використовувалися саме вони (у винищувачах та літаках-розвідниках).
Зіркоподібний двигун (радіальний двигун) - поршневий двигун внутрішнього згоряння, циліндри якого розташовані радіальними променями навколо одного колінчастого валу через рівні кути. Зіркоподібний двигун має невелику довжину і дозволяє компактно розміщувати велику кількість циліндрів. Знайшов широке застосування авіації.
Зіркоподібний двигунвідрізняється від інших типів конструкцією кривошипно-шатунного механізму. Один шатун є основним, він схожий на шатун звичайного двигуна з рядним розташуванням циліндрів, інші є допоміжними і кріпляться до основного шатуна по його периферії (такий самий принцип застосовується в V-подібних двигунах). Недоліком конструкції зіркоподібного двигуна є можливість протікання олії в нижні циліндри під час стоянки, у зв'язку з чим потрібно перед запуском двигуна переконатися у відсутності олії в нижніх циліндрах. Запуск двигуна за наявності олії в нижніх циліндрах призводить до гідроудару та поломки кривошипно-шатунного механізму.
Чотиритактні зіркоподібні мотори мають непарну кількість циліндрів у ряду - це дозволяє давати іскру в циліндрах «через один».
Роторно-поршневий двигунвнутрішнього згоряння (РПД, двигун Ванкеля), конструкція якого розроблена в році інженером компанії NSU Вальтером Фройде, йому ж належала ідея цієї конструкції. Двигун розроблявся у співавторстві з Феліксом Ванкелем, який працював над іншою конструкцією роторно-поршневого двигуна.
Особливість двигуна - застосування тригранного ротора (поршня), що має вигляд трикутника Рело, що обертається всередині циліндра спеціального профілю, поверхня якого виконана по епітрохоїді.
Конструкція
Встановлений на валу ротор жорстко з'єднаний із зубчастим колесом, яке входить у зачеплення із нерухомою шестернею – статором. Діаметр ротора набагато перевищує діаметр статора, незважаючи на це ротор із зубчастим колесом обкатується навколо шестерні. Кожна з вершин тригранного ротора здійснює рух епітрохоїдальної поверхні циліндра і відсікають змінні об'єми камер в циліндрі за допомогою трьох клапанів.
Така конструкція дозволяє здійснити будь-який 4-тактний цикл Дизеля, Стірлінга або Отто без застосування спеціального механізму газорозподілу. Герметизація камер забезпечується радіальними та торцевими ущільнювальними пластинами, що притискаються до циліндра відцентровими силами, тиском газу та стрічковими пружинами. Відсутність механізму газорозподілу робить двигун значно простішим за чотиритактний поршневий (економія становить близько тисячі деталей), а відсутність сполучення (картерний простір, колінвал і шатуни) між окремими робочими камерами забезпечують надзвичайну компактність і високу питому потужність. За один оборот ванкель виконує три повні робочі цикли, що еквівалентно роботі шестициліндрового поршневого двигуна. Сумішоутворення, запалювання, мастило, охолодження, запуск принципово такі ж, як і у звичайного поршневого двигуна внутрішнього згоряння.
Практичне застосування отримали двигуни з тригранними роторами, із ставленням радіусів шестірні та зубчастого колеса: R:r = 2:3, які встановлюють на автомобілях, човнах тощо.
Конфігурація двигуна W
Двигун розроблений компаніями Audi і Volkswagen і являє собою два V-подібно розташовані двигуни. Крутний момент знімається з обох колінвалів.
Роторно-лопатевий двигунвнутрішнього згоряння (РЛД, двигун Вігріянова), конструкція якого розроблена в 1973 інженером Михайлом Степановичем Вігріяновим. Особливість двигуна - застосування складного ротора, що обертається, розміщеного всередині циліндра і що складається з чотирьох лопатей.
КонструкціяНа парі співвісних валів встановлені по дві лопаті, що розділяють циліндр на чотири робочі камери. Кожна камера за один оборот здійснює чотири робочі такти (набір робочої суміші, стиск, робочий хід та викид відпрацьованих газів). Таким чином, в рамках даної конструкції можна реалізувати будь-який чотиритактний цикл. (Ніщо не заважає використовувати цю конструкцію для роботи парового двигуна, тільки лопат доведеться використовувати дві замість чотирьох.)
Врівноваженість двигунів
Ступінь урівноваженості |
|||||||||||||||||||||
1 | R2 | R2* | V2 | B2 | R3 | R4 | V4 | B4 | R5 | VR5 | R6 | V6 | VR6 | B6 | R8 | V8 | B8 | V10 | V12 | B12 |
|
Сили інерції першого | |||||||||||||||||||||
Двигун із зустрічним рухом поршнів- конфігурація двигуна внутрішнього згоряння з розташуванням поршнів два ряди один навпроти іншого в загальних циліндрах таким чином, що поршні кожного циліндра рухаються назустріч один одному і утворюють загальну камеру згоряння. Колінвали механічно синхронізовані, причому випускний вал обертається з випередженням щодо впускного на 15-22°, потужність відбирається або з одного з них або з обох (наприклад, при приводі двох гребних гвинтів або двох фрикціонів). Компонування автоматично забезпечує прямоточне продування - найдосконалішу для двотактної машини та відсутність газового стику.
Зустрічається та інша назва цього типу двигунів - двигун з протилежно-рухомими поршнями (двигун з ПДП).
Пристрій двигуна із зустрічним рухом поршнів:
1 - Впускний патрубок; 2 - нагнітач; 3 - повітропровід; 4 - запобіжний клапан; 5 - Випускний КШМ; 6 - впускний КШМ (запізнюється на ~20 ° від випускного); 7 - циліндр з впускними та випускними вікнами; 8 - Випуск; 9 - сорочка водяного охолодження; 10 - Свіча запалювання. ізометрія
