Как же раньше было просто нашим советским автолюбителям. Перед ними не стояла проблема, какое выбрать количество цилиндров в двигателе. Тогда на всех легковых автомобилях их было только четыре, а сейчас пяти, шести, двенадцати цилиндровые моторы. Есть и экзотические двигатели с шестнадцатью и даже с восемнадцатью цилиндрами. Как же разобраться во всем этом, и кому они подойдут?
Сначала выясним, для чего нужно такое количество цилиндров в двигателе. Перед конструкторами во всем мире стоит задача: создавать всё более и более совершенные двигатели, отвечающие требованиям постоянно растущих запросов мощности. Но большая мощность требует ещё большего объёма, соответственно, для его увеличения, увеличивается и количество цилиндров в двигателе.
Их расположение бывает разным: рядным, V-образным или оппозитным. Ведь нам известно, что чем количества цилиндров больше в двигателе, тем крутящий момент выше и равномерней. Многоцилиндровый двигатель очень отзывчив и способен резко выдавать свою мощь, автомобиль буквально «выстреливает» с места, как в Формуле 1.
Такой мотор и лучше развесован, а значит, и более уравновешен. Плюс, он обладает оптимальным соотношением массы, размеров и мощности. Да и работает он тише и с наименьшей вибрацией.
Но это были плюсы, а теперь давайте о обсудим минусы. Двигатель с большим количеством цилиндров имеет большие размеры, и, соответственно, он тяжелее. А когда увеличивается вес, вслед за ним тянется шлейф других проблем:
Кстати, а насколько, по вашему мнению, она может отличаться у двух одинаковых моделей, но с разным количеством цилиндров?
Стоимость автомобиля с двигателем в десять, или даже двенадцать цилиндров, порой может быть на 100% выше, нежели стоимость такого же автомобиля, но с двигателем, имеющим количество цилиндров четыре, или шесть. Другими словами, за мощность покупателю придется переплатить вдвое больше.
Да, разница серьёзная. Но ведь многоцилиндровые моторы дают автомобилю настоящие спортивные амбиции. Таким «спортсменам», конечно же, нужны хорошие летние трассы, желательно автобаны, где практически нет ограничений скорости. Там-то их возможности раскроются полностью!
Но, если подумать, так ли вам нужен автомобиль, у которого количество цилиндров двигателя больше привычных четырех, пяти или шести? Ведь это точно не работяга на каждый день, а всего лишь дорогая машина для удовольствия. А за удовольствия, как известно, надо платить!
Похожие статьи:drivee.ru
В предыдущей статье была рассмотрена работа одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, но на автомобилях такие двигатели в настоящее время не применяются. В автомобилестроении применяются многоцилиндровые двигатели с количеством цилиндров от 2-х до 12-ти. Есть, правда, редкие экзотические двигатели с 16 и даже 18 цилиндрами.
По расположению цилиндров автомобильные двигатели делятся на рядные, V-образные иоппозитные. Устанавливаются на автомобили и другие, редко встречающиеся конфигурации расположения цилиндров, например, W-образные.
Необходимо отметить, что именно эти фигурации двигателей внутреннего сгорания нашли широкое применение в автомобильных двигателях, что качается других областей применения двигателей (судостроение, авиация) конфигураций цилиндров двигателя было намного больше. В авиации вообще применялись двигатели, в которых коленчатый вал не вращался, а был закреплён неподвижно, и наоборот цилиндры двигатель вращался вокруг неподвижного коленчатого вала. Были конфигурации двигателей с двумя коленчатыми валами и много другой очень интересной экзотики, но в этой статье мы будем рассматривать только те конфигурации, которые нашли широкое применение в автомобильных двигателях.
1 – Рядные двигатели
Рядными называются двигатели оси цилиндров, которых расположены вряд вдоль оси коленчатого вала. В настоящее время выпускаются рядные двигатели с количеством цилиндров от 2 до 6. Такие двигатели обычно имеют обозначение R2,R3, R4... R12.
Наибольшее распространение имеют двигатели R4.
2 – V-образные двигатели
Типичный современный американский двигатель V-8
Первый V-образный двигатель (V2), изготовленный немецким инженером Даймлером в 1889 году
V-образными называются двигатели, цилиндры которых расположены в два ряда (двумя отдельными блоками, но с общим картером) в виде латинской буквы «V». Поршни обоих рядов соединены шатунами с одним, общим для обоих блоков, коленчатым валом. Цилиндры противоположных рядов имеют смещение вдоль оси коленчатого вала. Обычно угол развала двух блоков цилиндра равен 60? или 90?.
Наибольше распространение получили двигатели V6,V8 и V12. Двигатель V8 вообще национальная черта американских автомобилей.
3 – Оппозитные двигатели
Оппозитными называются двигатели, у которых цилиндры расположены в одной плоскости, друг напротив друга с обеих сторон, расположенного по середине коленчатого вала.4 – VR-двигатели
Название это довольно условное, так назвала этот двигатель фирма Фольксваген, первая разработавшая двигатель такой конфигурации, но поскольку другого более привычного названия нет, обозначим этот тип двигателей так.
Двигатель конфигурации цилиндров «VR» это что-то среднее между рядным и V-образным двигателем. При его разработке конструкторы старались совместить преимущества рядного и V-образного двигателей.У этого двигателя цилиндры также расположены в два ряда под некоторым углом, но в одном едином блоке цилиндров с общей для обоих рядов головкой блока цилиндров. Угол развала цилиндров очень небольшой от 10? до 15?. Поэтому, имеющие смещение вдоль оси коленчатого вала цилиндры, расположены не в двух отдельных блоках, а в одном. Первый двигатель такой конфигурации VR6 разрабатывался с целью облегчения установки мощного многоцилиндрового двигателя под капотом небольшого автомобиля.5 – W-образный двигатель
Структура W-образного двигателя
Устройство W-образного двигателя
Отработав технологию производства блока VR6, Фольксваген сделал следующий шаг. Приступил к производству W-образных двигателей. Конфигурация этого двигателя получилась установкой двух блоков типа VR, как это было сделано при соединении двух рядных двигателей под некоторым углом в виде буквыV, при конструировании V-образного двигателя.Фольксваген разработал ряд двигателей такой конфигурации: W-8, W12 и W16. а для самого мощного автомобиля в мире был разработан двигатель W18, правда, этот двигатель имеет не два, а три блока цилиндров.
Необходимо отметить, что ранее W-образными двигателями назывались двигатели, имеющие три раздельных блока цилиндров с общим картером. В каждом блоке цилиндры были расположены в ряд, вдоль одной оси. Шатуны поршней всех трёх рядов цилиндров были соединены с единственным коленчатым валом, как V-образном двигателе.
По своей конфигурации этот двигатель значительно отличается от двигателей, называемых сейчас W-образными. Этот 12-ти цилиндровый двигатель имеет не два, а три блока цилиндров, в каждом из которых расположены в ряд по четыре цилиндра. В современных W-образных двигателях W12 два блока цилиндров, в каждый из которых напоминает двигатель VR6. При этом два совмещенных в одном блоке ряда цилиндров имеют одну общую головку блока цилиндров (ГБЦ), то есть данный двигатель имеет три отдельные головки блока цилиндров.
На этом рисунке изображён дизельный двигатель Т955 W18 с воздушным охлаждением, выпущенный ещё 1943 году одной из старейших в мире автомобильных фирм Татра.
Краткий сравнительный обзор различных конфигураций двигателя
Каждая из конфигураций двигателя имеет свои преимущества и свойственные ей недостатки. Рядные двигатели технологичны и, следовательно, имеют низкую себестоимость в производстве, что очень важно для производителей массовых автомобилей в конкурентной борьбе. Технология их конструирования и производства хорошо отлажена. Поэтому самый распространенный автомобильный двигатель в мире, это рядный четырёхцилиндровый двигатель.
Рядный шестицилиндровый двигатель отличается отличной балансировкой.
К недостаткам этих двигателей можно отнести установочные ограничения. Рядный двигатель с числом цилиндров более 6-ти невозможно расположить под капотом современного автомобиля. Даже 6-ти цилиндровый рядный двигатель достаточно удобно можно установить только на заднеприводные автомобили классической компоновки. Но большинство наиболее массовых автомобилей в мире в настоящее время имеют другою компоновку, при которой двигатель устанавливается поперёк оси автомобиля, а ведущими колёсами являются передние. Установить на переднеприводный автомобиль рядный, 6-ти цилиндровый двигатель получилось только у фирмы Вольво, но для этого пришлось разрабатывать уникальную, самую короткую в мире коробку передач. К недостаткам рядных двигателей также можно отнести недостаточную жёсткость коленчатых и распределительных валов по причине их большой длины.
Вопросы балансировки двигателей различной конфигурации по причине их сложности и объёмности будут рассмотрены в другой статье.
Автомобиль Альфа Ромео 8С под капотом которого стоял двигатель R8.
Обратите внимание на соотношение длины капота и длины пассажирского салона автомобиля, в настоящее время, когда автомобиль стал утилитарным предметом, такую роскошь никто позволить не может. Неудобные компоновочные размеры стали одной из причин вымирания рядных двигателей.
Для создания мощных двигателей необходимо увеличивать общий объём цилиндров, но размеры цилиндров тоже накладываются технические ограничения, поэтому приходится увеличивать число цилиндров. Двигатели V-образные конфигурации цилиндров сложнее и, следовательно, дороже в производстве, но имеют значительную меньшую длину при небольшом увеличении ширины, по сравнению с рядными двигателями с таким же количеством цилиндров. Такие двигатели имеют лучшие компоновочные характеристики. Представьте длину капота двигателя, под которым установлен рядный 12-ти цилиндровый двигатель. Правда, в истории мирового автомобилестроения встречались автомобиля с рядным 16-ти цилиндровым двигателем. Но тогда в городах места было много, а машин было мало, да и королевских особ, для которых выпускались подобные автомобили уже и тогда было немного.
V-образные двигатели тяжело балансируются, особенно широко распространённые V6. Поскольку двигатель имеет два блока цилиндров, приходится удваивать количество многих деталей – головок блока цилиндров, распределительных валов, деталей привода распределительных валов и деталей привода клапанных механизмов, при этом повышаются затраты энергии на трение в механизмах двигателя.
Оппозитный двигатель можно рассматривать как частный случай V-образного двигателя с развалом цилиндров 180?. Преимущество оппозитного двигателя в исключительно хорошей балансировке, но этот двигатель сложен в производстве и имеет очень плохие компоновочные характеристики, поэтому широкого распространения не получил. В настоящее время такие 4-х и 6-ти цилиндровые двигатели применяют только Porsche и Subaru.
Двигатели типа «VR» и, особенно W-образные очень сложны в производстве, многие производители автомобилей не только не смогут выпустить такие сложные в изготовлении двигатели при допустимой себестоимости, но и вообще их выпустить не могут по причине отсутствия необходимых технологий. На подобный эксперимент могут пойти только немцы, с их высочайшей технологией и вечным стремлением к техническому совершенству. Да и у немцев такие двигатели выпускает только Фольксваген. При конструировании двигателя VR-6 у специалистов стояла задача – засунуть под капот стандартных автомобилей мощный многоцилиндровый двигатель, и они великолепно справились с этой задачей. Соединив технологию создания V-образных двигателей и двигателей VR, специалисты фирмы Фольксваген создали целое семейство W-образных двигателей.
Может возникнуть вопрос, какое количество цилиндров двигателя оптимально?
В многоцилиндровых двигателях рабочий такт не происходит во всех цилиндрах одновременно. Происходящий поочередно рабочий ход позволяет многоцилиндровым двигателям работать плавнее двигателей с меньшим количеством цилиндров. Чем больше цилиндров, тем плавнее работает двигатель. Двигатели, имеющие от 1-го до 3-х цилиндров должны иметь массивный маховик, сглаживающий пульсацию крутящего момента двигателя.
Ясно, что количество цилиндров двигателя нельзя увеличивать бесконечно. Поэтому возникает вопрос – а, сколько цилиндров должен иметь двигатель. Для получения большей мощность от двигателя необходимо в нём сжигать как можно больше топливовоздушной смеси. Одним из основных способов достижения этого является увеличение объёма цилиндров. Но если сделать одноцилиндровый двигатель с очень большим объёмом, сила инерции массивных деталей этого двигателя, совершающих возвратно-поступательное движение, может разрушить двигатель. А если сделать двигатель с очень большим количеством цилиндров, резко возросшие силы трения в механизмах двигателя, увеличат внутренние потери двигателя и сделают его работу неэффективной. В настоящее время полный объём одного цилиндра многоцилиндрового автомобильного двигателя редко превышает 0,5 ? 0,6 литра,соответственно разумное максимальное количество цилиндров серийного двигателя лежит в диапазоне 10 ? 12 цилиндров. Правда существуют современные конфигурации двигателей (в названиях этих двигателей присутствует буква W) в которых количество цилиндров доходит до 16 и даже до 18.
В этом разделе было упомянуто о балансировке двигателя. Создать двигатель, работающей вообще без вибраций невозможно. Но есть двигатели с великолепной балансировкой, а есть двигатели, вибрации которых принимают как допустимые по причине низкой себестоимости производства этого двигателя. Вопрос балансировки двигателя достаточно сложный. Наша задача сейчас разобраться в принципах работы двигателя, по этому отложим вопрос о балансировке двигателя до последующего обсуждения.
Самым массовым в мировом автомобилестроении является рядный 4-х цилиндровый двигатель. Такой двигатель установлен на большинстве автомобилей выпускаемых как в прошлом, так и в настоящее время. И, хотя в теории, рядный 4-х цилиндровый двигатель рассматривается как несбалансированный, за счёт различных технических ухищрений (в основном за счёт уменьшения веса деталей цилиндропоршневой группы) и ограничения объёма цилиндров удалось значительно снизить вибрации этого двигателя. Но кроме недостатков рядный 4-х цилиндровый двигатель имеет большие преимущества. Главное преимущество – низкая себестоимость производства и отработанные технологии его производства (что позволяет снизить общую стоимость автомобиля) сделали его конкурентоспособным по сравнению с другими типами двигателей при производстве доступных массовых автомобилей.
Е.Н. Жарцов
autopribor.ru
Дви́гатель вну́треннего сгора́ния — двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. ДВС преобразует тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу.
По сравнению с двигателями внешнего сгорания ДВС:
В 1807 г. французско-швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз построил первый поршневой двигатель, называемый часто двигателем де Риваза[en]. Двигатель работал на газообразном водороде, имея элементы конструкции, с тех пор вошедшие в последующие прототипы ДВС: поршневую группу и искровое зажигание. Кривошипно-шатунного механизма в конструкции двигателя ещё не было.
Первый практически пригодный двухтактный газовый ДВС был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром в 1860 году. Мощность составляла 8,8 кВт (11,97 л. с.). Двигатель представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием от постороннего источника. В конструкции двигателя появился кривошипно-шатунный механизм. КПД двигателя не превышал 4,65 %. Несмотря на недостатки, двигатель Ленуара получил некоторое распространение. Использовался как лодочный двигатель.
Познакомившись с двигателем Ленуара, осенью 1860 года выдающийся немецкий конструктор Николаус Аугуст Отто с братом построили копию газового двигателя Ленуара и в январе 1861 года подали заявку на патент на двигатель с жидким топливом на основе газового двигателя Ленуара в Министерство коммерции Пруссии, но заявка была отклонена. В 1863 году создал двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания. Двигатель имел вертикальное расположение цилиндра, зажигание открытым пламенем и КПД до 15 %. Вытеснил двигатель Ленуара.
В 1876 г. Николаус Август Отто построил более совершенный четырёхтактный газовый двигатель внутреннего сгорания.
В 1880-х годах Огнеслав Степанович Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель.
Мотоцикл Даймлера с ДВС 1885 года В 1885 году немецкие инженеры Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах разработали лёгкий бензиновый карбюраторный двигатель. Даймлер и Майбах использовали его для создания первого мотоцикла в 1885, а в 1886 году — на первом автомобиле.
Немецкий инженер Рудольф Дизель стремился повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания и в 1897 предложил двигатель с воспламенением от сжатия. На заводе «Людвиг Нобель» Эммануила Людвиговича Нобеля в Петербурге в 1898—1899 Густав Васильевич Тринклер усовершенствовал этот двигатель, использовав бескомпрессорное распыливание топлива, что позволило применить в качестве топлива нефть. В результате бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания высокого сжатия с самовоспламенением стал наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1899 на заводе «Людвиг Нобель» построили первый дизель в России и развернули массовое производство дизелей. Этот первый дизель имел мощность 20 л. с., один цилиндр диаметром 260 мм, ход поршня 410 мм и частоту вращения 180 об/мин. В Европе дизельный двигатель, усовершенствованный Густавом Васильевичем Тринклером, получил название «русский дизель» или «Тринклер-мотор». На всемирной выставке в Париже в 1900 двигатель Дизеля получил главный приз. В 1902 Коломенский завод купил у Эммануила Людвиговича Нобеля лицензию на производство дизелей и вскоре наладил массовое производство.
В 1908 году главный инженер Коломенского завода Р. А. Корейво строит и патентует во Франции двухтактный дизель с противоположно-движущимися поршнями и двумя коленвалами. Дизели Корейво стали широко использоваться на теплоходах Коломенского завода. Выпускались они и на заводах Нобелей.
В 1896 году Чарльз В. Харт и Чарльз Парр разработали двухцилиндровый бензиновый двигатель. В 1903 году их фирма построила 15 тракторов. Их шеститонный #3 является старейшим трактором с двигателем внутреннего сгорания в Соединенных Штатах и хранится в Смитсоновском Национальном музее американской истории в Вашингтоне, округ Колумбия. Бензиновый двухцилиндровый двигатель имел совершенно ненадёжную систему зажигания и мощность 30 л. с. на холостом ходу и 18 л. с. под нагрузкой[1].
Дэн Элбон с его прототипом сельскохозяйственного трактора Ivel Первым практически пригодным трактором с двигателем внутреннего сгорания был американский трёхколёсный трактор lvel Дэна Элборна 1902 года. Было построено около 500 таких лёгких и мощных машин.
В 1903 году состоялся полёт первого самолёта братьев Орвила и Уилбура Райт. Двигатель самолёта изготовил механик Чарли Тэйлор. Основные части двигателя сделали из алюминия. Двигатель Райт-Тэйлора был примитивным вариантом бензинового инжекторного двигателя.
На первом в мире теплоходе — нефтеналивной барже «Вандал», построенной в 1903 году в России на Сормовском заводе для «Товарищества Братьев Нобель», были установлены три четырёхтактных двигателя Дизеля мощностью по 120 л. с. каждый. В 1904 году был построен теплоход «Сармат».
В 1924 по проекту Якова Модестовича Гаккеля на Балтийском судостроительном заводе в Ленинграде был создан тепловоз ЮЭ2 (ЩЭЛ1).
Практически одновременно в Германии по заказу СССР и по проекту профессора Ю. В. Ломоносова по личному указанию В. И. Ленина в 1924 году на немецком заводе Эсслинген (бывш. Кесслер) близ Штутгарта построен тепловоз Ээл2 (первоначально Юэ001).
Поршневой ДВС 
Газотурбинный ДВС ДВС классифицируют:
Помимо приведённых выше общих для всех ДВС критериев классификации существуют критерии, по которым классифицируются отдельные типы двигателей. Так, поршневые двигатели можно классифицировать по количеству и расположению цилиндров, коленчатых и распределительных валов, по типу охлаждения, по наличию или отсутствию крейцкопфа, наддува (и по типу наддува), по способу смесеобразования и по типу зажигания, по количеству карбюраторов, по типу газораспределительного механизма, по направлению и частоте вращения коленчатого вала, по отношению диаметра цилиндра к ходу поршня, по степени быстроходности (средней скорости поршня).
Энергия передаётся на коленчатый вал двигателя от расширяющихся газов во время рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до объёма камеры сгорания повышает эффективность работы двигателя и увеличивает его КПД, но увеличение степени сжатия также увеличивает вызываемое сжатием нагревание рабочей смеси согласно закону Шарля.
Если топливо легковоспламеняемое, вспышка происходит до достижения поршнем ВМТ. Это, в свою очередь, заставит поршень провернуть коленвал в обратном направлении — такое явление называют обратной вспышкой.
Октановое число является мерой процентного содержания изооктана в гептан-октановой смеси и отражает способность топлива противостоять самовоспламенению под воздействием температуры. Топливо с более высокими октановыми числами позволяют двигателю с высокой степенью сжатия работать без склонности к самовоспламенению и детонации и, стало быть, иметь более высокую степень сжатия и более высокий КПД.
Работа дизельных двигателей обеспечивается самовоспламенением от сжатия в цилиндре чистого воздуха или бедной газовоздушной смеси, неспособной к самостоятельному горению (газодизель) и отсутствия в заряде топлива до последнего момента.
Одним из основополагающих конструктивных параметров ДВС является отношение хода поршня к диаметру цилиндра (или наоборот). Для более быстроходных бензиновых двигателей это отношение близко к 1, на дизельных моторах ход поршня, как правило, тем больше диаметра цилиндра, чем больше двигатель. Оптимальным с точки зрения газодинамики и охлаждения поршня является соотношение 1 : 1. Чем больше ход поршня, тем больший крутящий момент развивает двигатель и тем ниже его рабочий диапазон оборотов. Наоборот, чем больше диаметр цилиндра, тем выше рабочие обороты двигателя и тем ниже его крутящий момент на низких оборотах. Как правило, короткоходные ДВС (особенно гоночные) имеют больший крутящий момент на единицу рабочего объема, но на относительно высоких оборотах (больше 5000 об/мин.). При большем диаметре цилиндра/поршня сложнее обеспечить должный теплоотвод от донышка поршня ввиду его больших линейных размеров, но при высоких рабочих оборотах скорость поршня в цилиндре не превышает скорости поршня более длинноходного на его рабочих оборотах.
Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.
Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Существуют системы одноточечного (моновпрыск), и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно-рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных системах смесеобразование осуществляется с помощью электронного блока управления (ЭБУ), управляющего электрическими бензиновыми форсунками.
Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. В разогретый в цилиндре воздух от адиабатического сжатия (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. В процессе впрыскивания топливной смеси происходит его распыление, а затем вокруг отдельных капель топливной смеси возникают очаги сгорания, по мере впрыскивания топливная смесь сгорает в виде факела. Так как дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что, в сочетании с длительным горением, обеспечивающим постоянное давление рабочего тела, благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50 % в случае с крупными судовыми двигателями.
Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются большим крутящим моментом на валу. Также некоторые крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжёлых топливах, например, мазутах. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счёт пневматической схемы с запасом сжатого воздуха, либо, в случае с дизель-генераторными установками, от присоединённого электрического генератора, который при запуске выполняет роль стартера.
Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля, а по циклу Тринклера — Сабатэ со смешанным подводом теплоты.
Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряжённостью, требующей повышенной прочности конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов. Также дизельные двигатели за счет гетерогенного сгорания характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах.
Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:
Основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.
Предложен изобретателем Ванкелем в начале XX века. Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Строился серийно фирмой НСУ в Германии (автомобиль RO-80), ВАЗом в СССР (ВАЗ-21018 «Жигули», ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526), Маздой в Японии (Mazda RX-7, Mazda RX-8). При своей принципиальной простоте имеет ряд существенных конструктивных сложностей, делающих его широкое внедрение весьма затруднительным. Основные трудности связаны с созданием долговечных работоспособных уплотнений между ротором и камерой и с построением системы смазки.
В Германии в конце 70-х годов XX века существовал анекдот: «Продам НСУ, дам в придачу два колеса, фару и 18 запасных моторов в хорошем состоянии».
Наиболее распространённым типом комбинированных двигателей является поршневой с турбонагнетателем. Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На валу, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет нагнетать воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем воздуха (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.
На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.
Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, поскольку тому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.
Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры или при использованием турбины с изменяемой геометрией, в автоспорте также применяется принудительный разгон турбины с помощью системы рекуперации энергии[2]). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).
Двухтактный цикл 
Схема работы четырёхтактного двигателя, цикл Отто1. впуск2. сжатие3. рабочий ход4. выпуск Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.
Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа или 720 градусов поворота коленчатого вала (ПКВ), состоящий из четырёх отдельных тактов:
Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения. Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами (BMW, Mazda). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия (SAAB AB), обладающие большей гибкостью характеристики.
Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от верхней мёртвой точки (ВМТ) до 20—30 градусов до нижней мёртвой точки (НМТ), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20—30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает КПД. В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость ЦПГ требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями лошадиных сил, увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами.
Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система Корейво, представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100 и танковыми дизелями ХЗТМ. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20—30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах XX века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах Юнкерс предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей.
Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены распределительным валом и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом.
В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки,, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала.
Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.
Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки (предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения (для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламенения топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).
К обработке отверстий в различных деталях, в том числе в деталях двигателя (отверстий головки блоков цилиндров (ГБЦ), гильз цилиндров, отверстий кривошипной и поршневой головок шатунов, отверстий шестерён) и т. д., предъявляются высокие требования. Используются высокоточные технологии шлифования и хонингования.
ru-wiki.org
