Топ 10 поліпшень в конструкції двигуна. Історія від А до Я

1. 10: чотиритактний цикл двигуна. Що це таке?
2. 9: Поліпшення двигуна за допомогою наддуву
3. 8: Уприскування палива
4. 7: Пряме впорскування палива
5. 6: Алюмінієві блоки циліндрів двигуна, навіщо це потрібно?
6. 5: Розподільчий вал верхнього розташування
7. 4: Чергове вдосконалення двигуна - регульовані фази газорозподілу
8. 3: Бортовий комп'ютер двигуна. Прогрес в поліпшенні систем роботи двигунів на обличчя
9. 2: Чисті дизельні установки. Безнзіновий движок нервово покурює в стороні
10. 1: Гібридний двигун. Надія автомобільного прогресу

Наша сеть партнеров Banwar

Більшість людей знають про те, що ModelT від Ford був першим по-справжньому доступним автомобілем. Але чи знаєте ви, яким двигуном був оснащений даний автомобіль? Оригінальний ModelT, випущений в 1908 році, був оснащений 2,9-літровим чотирициліндровим двигуном, потужність якого становила всього 22 кінські сили.

Це по-справжньому крихітна потужність для двигуна такого розміру, особливо якщо порівнювати з сучасними двигунами. Зате він точно перевершував «залізне серце» самого першого автомобіля-1 885 BenzPatentMotorwagen. Цей автомобіль був оснащений однопоршневим автомобільним двигуном, який генерував лише дві третини однієї кінської сили.

Як ви бачите, з самого початку автомобілебудування двигуни знаходилися в постійній еволюції. Сьогодні вони більш потужні, тихі, більш міцні, менш забруднюючі для навколишнього середовища, і більш економічні, ніж будь-коли раніше, завдяки постійним відкриттям і досягненням в конструкції і технології двигуна. В цьому ми зовсім недавно могли переконатися, зробивши подорож по заводу автомобілів Maserati і побачивши процес складання моделей GranTurismo своїми очима (докладніше про це подорожей тут ).

Автоінженер не припиняють роботу над способами поліпшення двигунів внутрішнього згоряння і пророкують їм ще довгий майбутнє. Як багато винаходів, які протягом ось уже 150 років безперервно піддаються поліпшенню і вдосконаленню, вам відомо?

У цій статті ми розповімо про 10 з найбільших і значних проривів в поліпшенні двигунів за всю історію їх існування. Ми розглянемо уприскування палива і гібридні установки, ми дізнаємося, з чого все починалося, і сподіваємося отримати деяке уявлення про те, куди ми рухаємося і чого очікувати в майбутньому.

10: чотиритактний цикл двигуна. Що це таке?

Переваги: більш економічна витрата палива, менше забруднює для навколишнього середовища.

Недоліки: більш складний, більш дорогий у виробництві.

Пам'ятаєте той BenzPatentMotorwagen, про який ми згадували на самому початку? На додаток до того, що у його двигуна був тільки один поршень або циліндр, це був двотактний двигун, як і більшість ранніх двигунів. Тактом, якщо ви до сих пір не в курсі, називають один рух поршня в двигуні.

Чотири такту стали одним з перших удосконалень, внесених в роботу двигуна внутрішнього згоряння в кінці 19 століття. У чотиритактному двигуні бензин згоряє за чотири кроки: впуск, стиснення, потужність і вихлоп. Всі ці чотири кроки приймаються за два ходи поршня вгору / вниз.

Раніше, простіші двотактні двигуни здійснювали ту ж задачу - а саме спалювання бензину для створення механічного руху - але вони робили це в два етапи. Сьогодні двотактні двигуни ми можемо знайти в невеликому механічному обладнанні, в газонокосарках, в невеликих мотоциклах, і великих промислових двигунах. Майже у всіх автомобільних двигунах використовується чотиритактний цикл. Але останні новини приходять нам з-за кордону свідчать про те, що остання пісня двотактного двигуна ще не скінчилася! Більш детальну інформацію про це ви можете зачерпнути тут .

Винахід чотиритактного двигуна надало ряд переваг, включаючи більш економічна витрата палива, більш тривалий термін служби, більше потужності й крутного моменту, а також більш чисті вихлопні гази. Проте, в порівнянні з двотактними двигунами, вони більш складні і дорогі у виробництві, і вимагають використання клапанів для впускання повітря і випуску відпрацьованих газів.

Незважаючи на це, чотиритактні двигуни стали галузевим стандартом для автомобілів, і найближчим часом, ймовірно, ніхто не займе їхнє місце, тому більш про них сказати нічого, а ось про роль клапанів і про те, як вони були вдосконалені в двигуні, ми дізнаємося трохи пізніше в цій же статті.

А поки черга підійшла до наддуву і до того, як він виконав свій шлях з авіації в світ автомобілів. Приготуйтеся, вас чекає дев'ятий поліпшення двигуна, що вплинуло на історію його розвитку.

9: Поліпшення двигуна за допомогою наддуву

Переваги: більше потужності без збільшення обсягу двигуна.

Недоліки: витрата палива, турбо запізнення.

Двигуну необхідні три речі для створення руху: паливо, повітря і запалювання. Чим більше повітря втіснется в двигун, тим більшу потужність, що генерується поршнями двигуна, він дасть на виході. Давнім способом зробити це, і способом який стає все більш популярним останнім часом, є використання наддуву. Вам також можуть бути знайомі слова турбонаддув і нагнітач.

У двигуні з наддувом, повітря в камеру згоряння нагнітається при більш високому тиску, ніж це відбувається при звичайних умовах, створюючи високу ступінь стиснення і більше потужності від кожного такту двигуна. Наддувши і нагнітач, по суті, є повітряними компресорами, які втискують більше повітря в двигун.

Системи примусової індукції (наддуву) широко використовувалися в авіаційних двигунах задовго до того, як її почали застосовувати в автомобільних двигунах 1960-х років. Вони особливо корисні для двигунів маленького обсягу, так як вони можуть генерувати багато додаткової потужності без збільшення розміру двигуна, і не стаючи причиною різкого падіння економії палива.

Хорошим прикладом є турбований автомобіль Mini Cooper S, об'єм двигуна якого становить всього 1,6 літра, проте потужність, вироблена цим двигуном, становить 200 кінських сил. Крім того, високопродуктивні автомобілі, такі як Porsche 911 Turbo або Corvette ZR-1, використовують наддув для того щоб досягти неповторних успіхів в потужності.

Недоліки? Автомобілі, оснащені турбонаддувом, часто потребують бензині преміум класу. Варто також згадати про турбо затримки, явище, при якому вся вигода від високої потужності не відчувається до тих пір, поки турбонаддув не піддасться газку на більш високих оборотах. В останні роки інженерам вдалося скоротити обидва цих недоліку.

З тим, що з року в рік стають більш жорсткими норми витрати палива і викидів в навколишнє середовище, багато автовиробників вдаються до технології наддуву в невеликих за обсягом двигунах, замість створення більш потужних моторів. Наприклад, в Hyundai Sonata найпотужнішим двигуном тепер є не V-6, а чотирициліндровий двигун з турбонаддувом.

Далі ми розглянемо, чому карбюратори практично стали артефактом завдяки прямому впорскуванню палива.

8: Уприскування палива

Переваги: краща прийомистість, підвищена ефективність витрати палива, більше потужності, більш легкий запуск двигуна.

Недоліки: більше складнощів, потенційно дорогий ремонт.

Протягом багатьох десятиліть, найкращим методом для змішування палива і повітря і внесення суміші в камеру згоряння двигуна був карбюратор. Вичавіть педаль акселератора до кінця, і карбюратор направить більше повітря і палива в двигун.

З кінця 1980-х років, карбюратори майже повністю були замінені уприскуванням палива, набагато більш складною і ефективною системою змішування повітря та пального. Паливні форсунки розпилюють бензин в колекторі повітрозабірника, де паливо і повітря змішуються в невеликий туман. Ця суміш клапанами вводитися в камеру згоряння кожного циліндра під час такту впуску. Процесом уприскування палива керує бортовий комп'ютер двигуна.

Так чому ж уприскування палива прийшов на зміну карбюратора, ніж поліпшив він роботу двигуна в автомобілі? Для початку двигун з комп'ютерним управлінням вприскування палива простіше запустити, особливо в морозні дні, в той час як карбюратор міг внести деякі складності в ваше життя при низьких температурах на вулиці. Двигуни з уприскуванням палива також більш ефективні і більш оперативно реагують на зміни в дроселі.

Впорскування палива має свої недоліки з точки зору його підвищеної складності. Ремонт системи упорскування є більш дорогим, ніж ремонт карбюратора. Проте, система стала галузевим стандартом подачі палива, і навряд чи карбюратор коли-небудь зробить ефектне повернення в паливну систему автомобіля.

У наступному розділі ми розглянемо черговий просунутий рівень в технології уприскування палива, відомий як прямий впорскування палива.

7: Пряме впорскування палива

Переваги: більше потужності, більш ефективний витрата палива.

Недоліки: дорожчий у виробництві, відносно нова технологія.

Пряме впорскування є новим щаблем в удосконаленні технології уприскування палива. Як ви вже могли здогадатися з назви, прямий впорскування дозволяє системі уприскування палива пропустити один крок, що додає ефективності двигуну, як наслідок ми отримуємо більше потужності і кращу економію палива.

У двигуні з прямим уприскуванням палива впорскується безпосередньо в камеру згоряння, а не у впускний колектор. Бортовий комп'ютер двигуна переконується в тому, що паливо згорає точно в тому місці, де необхідно і коли це необхідно, тим самим скорочуючи надмірну розтрату такого цінного в наш час пального. Як результат прямий впорскування забезпечує більш компактну суміш палива та повітря, яка більш ефективно згорає. У певному сенсі бензинові мотори з прямим уприскуванням стали схожі на дизельні двигуни, які завжди використовували якусь подобу прямого вприскування палива.

Як ми дізналися раніше, двигун з прямим уприскуванням палива, в порівнянні з двигуном зі звичайним уприскуванням, може похвалитися збільшенням потужності і зменшенням витрат пального. Але, як і у всього в цьому світі, у даної системи є свої недоліки. В першу чергу, ця технологія дуже нова, вона прийшла на ринок в останнє десятиліття або щось близько того. Все більше і більше компаній використовують прямий впорскування у виробництві своїх автомобілів, але ця система все ще не стала стандартом.

Іноді двигуни з прямим уприскуванням можуть проявляти накопичення вуглецевих відкладень на впускних клапанах, що може викликати проблеми з надійністю роботи системи. Також, деякі автомобільні настройщики озвучили деякі труднощі, пов'язані з модифікацією двигунів з прямим уприскуванням палива. Незважаючи на ці проблеми, сьогодні система прямого впорскування палива є гарячою новинкою в автомобільних технологіях. І з плином часу ми очікуємо побачити використання цієї системи в більшій кількості автомобільних моделей. По крайней мере, запевнення про впровадження системи прямого впорскування в більшість автомобілів модельного ряду Ford , Моделей Hyundai, а також інших очікуваних іномарок, вже отримані.

Далі давайте розглянемо використання алюмінієвих блоків циліндрів двигуна, які прийшли на зміну старій школі - залізним блокам.

6: Алюмінієві блоки циліндрів двигуна, навіщо це потрібно?

Переваги: легка вага веде до більшої ефективності та кращої керованості.

Недоліки: на високих температурах можуть деформуватися.

В останні кілька років простежується чітка тенденція по зниженню ваги автомобіля. Кожен автовиробник втілює цю ідею по-своєму. Компанії шукають способи зменшити вагу автомобіля з метою отримання більш економічної витрати палива і кращої продуктивності. Ще одним з найбільш доступних і менш витратних способів є заміщення залізних частин корпусу двигуна на алюмінієві.

Протягом багатьох років залізні блоки циліндрів двигуна були промисловим стандартом. Сьогодні ж у виробництві більшої частини невеликих двигунів використовується алюміній, проте для великих автомобільних моторів, наприклад, V-8, все ще використовуються залізні блоки. Не секрет, що алюміній важить значно менше, ніж залізо - як правило, алюмінієвий двигун важить вдвічі менше, ніж залізний такого ж обсягу. Це призводить до загального зниження ваги автомобіля, що благотворно позначається на витраті палива і на керованості.

Однак алюмінієві блоки все ж мають деякі недоліки. Як метал, залізо набагато міцніше алюмінію, який не так стійкий до високих температур. Багато ранніх двигуни з алюмінієвими блоками циліндрів мали проблеми з деформацією циліндрів, що ставило під сумнів зносостійкість самого движка. Здебільшого ці проблеми були усунуті, і тепер алюміній чітко заявив про себе, як про метал майбутнього, який допоможе скоротити вагу автомобіля.

У наступному розділі ми поговоримо про те, як розподільні вали влаштували революцію в конструкції двигуна.

5: Розподільчий вал верхнього розташування

Переваги: більш висока продуктивність.

Недоліки: підвищена складність конструкції.

Ви, мабуть, чули в розмові про двигун термін «DOHC» (DualOverheadCamshaft-подвійний верхній розподільний вал). Більшість людей визнають, що мріяли б мати двигун саме такої конструкції, але що це за своєю суттю? Цей термін відноситься до кількості розподільних валів верхнього розташування над кожним циліндром двигуна.

Розподільні вали є частиною клапанного механізму вашого автомобіля, які представляють собою систему, яка контролює подачу палива і повітря в циліндри. Протягом багатьох десятиліть двигуни були, як правило, оснащені OHV, т. Е. З верхнім розташуванням клапанів, цю систему також називали штовхачем клапанів. Штовхачі наводяться в рух розподільними валами всередині блоків циліндрів двигуна. Такий принцип конструкції надає додатковий вага двигуну і обмежує загальну швидкість.

У новій конструкції розподільних валів верхнього розташування, розподільні вали набагато менше і вставляються безпосередньо в головку циліндра, а не в його блок. Перевагою верхніх розподільних валів є те, що вони надають впускним і випускним клапанам більше свободи, тобто паливо, повітря і вихлопні гази можуть рухатися через двигун більш вільно, додаючи потужності.

У той час як багато компаній по виробництву автомобілів давно покінчили з ерою штовхачів клапанів, DOHC ще їх повністю не витіснив. Chrysler як і раніше використовує штовхачі в двигуні Hemi V-8 для генерування більшої потужності; General Motors також використовує штовхачі в своїх високотехнологічних, сучасних двигунах V-8.Но вже з 1980-х років провідною для двигунів малих обсягів стала конструкція розподільних валів верхнього розташування.

Недоліком наявності в вашому двигуні верхніх распредвалов є те, що вони збільшують складність у виробництві, що тягне за собою збільшення вартості. Цілком закономірна тенденція, чи не так?

Далі ми ще більше дізнаємося про те, як клапани впливають на продуктивність. Йтиметься про регульованих фазах газорозподілу.

4: Чергове вдосконалення двигуна - регульовані фази газорозподілу

Переваги: економія палива, більш гнучкий розподіл потужності.

Недоліки: більше витрат у виробництві.

Якщо ви хоч трохи знайомі з двигунами Honda, то вам напевно знаком і термін VTEC. Люди, які володіють автомобілями Honda і налаштовують свої машини під високу продуктивність, часто говорять про якусь незрозумілу активації VTEC. Але що ж це значить?

VTEC означає регульовані фази газорозподілу і електронний контроль підняття клапана, як форми регульованого газорозподілу. Є моменти, коли двигуну вимагає більшої витрати повітря, наприклад, під час різкого прискорення, але традиційна конструкція двигуна зазвичай не надає достатнього обсягу повітря, що призводить до зниження продуктивності. Регульовані фази газорозподілу означає, що потік повітря в клапани і з них, при необхідності може бути сповільнено або ж навпаки прискорений. Детальніше про систему VTEC, читайте тут .

Honda далеко не єдина компанія, яка пропонує таку систему. Подібної системою мають автомобілі компанії Toyota. Вона має назву VVT-i, що означає регульовані фази газорозподілу з інтелектом, а BMW має систему Valvetronic або VANOS, що означає Variable Nockenwellensteuerung, тобто регулятор розподільного вала. Незважаючи на те, що всі вони працюють по трохи різними принципами, завдання ними виконується одна і та ж - поставка і розподіл великих приток палива і повітря в клапани на різних швидкостях. Це робить двигун більш гнучким і дозволяє йому надавати максимальну продуктивність в різних умовах. Також, подібна система збільшує економію палива.

На даному етапі автомобілебудування багато двигуни включають в себе регульовані фази газорозподілу, які найчастіше регулюються бортовим комп'ютером двигуна. Про те, яку революцію в конструкції двигуна справили бортові комп'ютери, ми поговоримо в наступному розділі.

3: Бортовий комп'ютер двигуна. Прогрес в поліпшенні систем роботи двигунів на обличчя

Переваги: економія палива, спрощення і поліпшення діагностики проблем.

Недоліки: складність і вартість.

Двигун є неймовірно складним пристроєм. У його склад входять десятки рухомих частин, в ньому (двигуні) одночасно відбувається безліч різних, складних процесів. Ось чому все в сучасному автомобілі регулюється бортовим комп'ютером, який ще називають блоком управління двигуном, або ECU (EngineControlUnit). Це третє поліпшення двигуна, про який сьогодні піде мова. Отже, ми виходимо на фінішну пряму .. але повернемося до теми.

ECU стежить за такими процесами, як запалювання, змішування повітря і палива, впорскування палива, обороти холостого ходу, і іншими, змушуючи все працювати за заданою схемою. Він відстежує, що відбувається в двигуні, використовуючи масу датчиків і виробляючи мільйони обчислень кожну секунду, щоб забезпечити ідеальну роботу всіх систем. Інші електронні системи автомобіля контролюють такі речі як подушки безпеки, температуру повітря в салоні, антипробуксовочную систему, антиблокувальну систему гальм і роботу автоматичної коробки перемикання передач .

З тих пір, як в 1980-х в автомобіль вперше був встановлений бортовий комп'ютер діагностики, автомобілі стають все більш комп'ютеризованими. Цей комп'ютер відповідає за лампочку «checkengine» на вашій приладовій дошці. Механік може підключити комп'ютер до порту OBD (вбудованої діагностики) і отримати докладне уявлення про проблемні сторони вашого автомобіля. Дані OBD не дають повної інформації про те, що саме потрібно зробити, але отримані відомості надають розуміння про відправної точки в ремонті двигуна.

Допомагаючи двигуну працювати більш ефективно, бортовий комп'ютер движка допомагає витрачати паливо економніше і надає повну діагностику проблем в механізмі «залізного серця». Але поряд з усіма очевидними плюсами, комп'ютери роблять двигун автомобіля куди більш складним, і можуть змусити механіка попітніти над усуненням будь-яких неполадок.

Далі ми дізнаємося більше про дизельних двигунах, і чому вони перестають бути димними, гучними пальниками з низькою потужністю.

2: Чисті дизельні установки. Безнзіновий движок нервово покурює в стороні

Переваги: крутний момент, економія палива, чисті викиди.

Недоліки: низькі обороти, висока початкова вартість, ціна на дизельне паливо.

До сих пір ми дуже багато говорили про бензинових двигунах, але що щодо дизельних? Автомобілі з дизельними двигунами не є бестселерами. Незважаючи на чудову економію палива в порівнянні з аналогічним бензиновим двигуном, багато людей все ще думають про дизелях як про гучних, закопчених, смердючих і ненадійних двигунах 1970-80-х років.

Це опис зовсім не підходить для сучасних дизельних двигунів. Сучасний дизельний двигун потужний, чистий і дуже економічний. Нинішній дизель використовує паливо з низьким вмістом сірки, а внутрішні системи автомобіля допомагають очистити паливо від частинок сторонніх речовин і надмірного забруднення.

Дизельні мотори, вироблені компаніями Volkswagen, Mercedes-Benz, BMW, Volvo і іншими, можуть похвалитися такими вдосконаленнями, як турбонаддув, складні системи упорскування палива, комп'ютерне управління. Всі ці поліпшення в двигуні роблять його незамінним і дуже ефективним агрегатом в автомобілі.

Дизельні двигуни мають деякі недоліки, в основному це низький рівень оборотів і більш висока вартість дизельного палива. Але так як багато хто з них не витрачають більше 6 літрів на 100 км по трасі, водієві знадобиться купувати паливо набагато рідше ніж його сусідові, котрий володіє бензиновим двигуном внутрішнього згоряння в своєму авто. І якщо вам цікаво, чи мають дизельні мотори високою продуктивністю, то погляньте на гонки 24 години Ле-Мана, де гоночні автомобілі команди Audi з дизельною силовою установкою, показують один з кращих результатів.

І нарешті, ми дісталися до поточного лідера в області «зелених» автомобілів - гібридний двигун.

1: Гібридний двигун. Надія автомобільного прогресу

Переваги: економія палива.

Недоліки: висока початкова вартість, складність конструкції.

Поєднання високих цін на паливо, підвищення рівня екологічної свідомості серед водіїв, і підвищення урядом норм по витраті палива і викидів в навколишнє середовище змусили автомобільні мотори ставати більш «зеленими», ніж вони коли-небудь були. Одним з найбільш значущих поліпшень двигуна, яке служить для підвищення ефективності, в останні роки є гібридний двигун.

Ще десять років тому гібридний двигун був темною конячкою, але тепер принцип роботи гібридної установки відомий кожному - електродвигун працює від літієвий акумулятор в парі з традиційним бензиновим двигуном для досягнення більш високої економії палива.

Toyota Prius залишається лідером продажів серед гібридних автомобілів у всьому світі. Модель може похвалитися 1,8-літровим чотирициліндровим бензиновим двигуном, який в поєднанні з електричним мотором виробляє 134 кінських сили. На низьких швидкостях електричний двигун діє самостійно, а це означає, що автомобіль абсолютно не використовує бензин. В інших випадках він допомагає бензиновому двигуну. Завдяки цій гібридній установці, витрата палива автомобіля, як по місту, так і по трасі, становить не більше 4,5 літрів на 100 км.

Гібриди, такі як Prius, являють собою останню сходинку еволюції в технології внутрішнього згоряння. Тоді як головною перевагою гібридного двигуна є висока ефективність витрати палива, він все ж має і негативну сторону. Гібриди мають більш високу початкову вартість, ніж їх негібридних аналоги, а деякі навіть стверджують, що бензин повинен коштувати набагато дорожче, щоб власник зміг окупити всі витрати на гібридний автомобіль.

Отже, стає ясно, що в удосконаленні конструкції двигуна простежується явна тенденція до зниження викидів в навколишнє середовище і більш ефективному витраті палива. У той час як повністю електричні автомобілі стають все більш звичним явищем, залишається гранично ясним той факт, що двигун внутрішнього згоряння все одно нікуди не піде. Він просто буде продовжувати розвиватися і вдосконалюватися, щоб стає все краще і краще, як він це робить з часів Ford ModelT.