Общее устройство двигателя автомобиля, схема работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Из истории

Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

В этом двигателе уже было искровое зажигание, он был шатунный, с поршневой системой, то есть, это своего рода прообраз современных моторов.

Спустя 57 лет соотечественник де Риваза Этьен Ленуар изобрел уже двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, наличествовал искровым зажиганием и работал на смеси светильного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания в то время хватало уже на малогабаритные лодки.

Еще через 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого стал уже четырехтактный атмосферный мотор с вертикальным цилиндром. КПД в данном случае увеличился на 11%, в отличие от кпд двигателя внутреннего сгорания Риваза, он стал 15-процентным.

Чуть позже, в 80-х годах этого же столетия, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Даймлер и Майбах усовершенствовали его в облегченный вид, который стал устанавливаться на мото- и автотехнике.

В 1897 году Рудольф Дизель выводит в свет ДВС по типу воспламенения от сжатия, используя нефть в качестве топлива. Этот вид двигателя стал родоначальником дизельных моторов, использующихся по настоящее время.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Устройство двигателя

Машина едет за счёт вращения колёс, имеющих сцепление с дорогой. Колёса вращаются за счёт трансмиссии, передающей на них крутящий момент от двигателя. А вот этот самый крутящий момент является продуктом преобразования энергии сжигания топлива в механическую работу, для чего собственно и предназначен двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

В славное семейство ДВС входят роторные, газотурбинные и поршневые двигатели. Именно последние находятся под капотом львиной доли автомобилей для частной и коммерческой эксплуатации. О них и поговорим и рассмотрим схемы в разрезе далее.

Итак, поршневой ДВС является сердцем большинства современных легковушек и включает в себя обязательный джентльменский набор из корпуса, двух механизмов и семи систем. Посмотрите одну из схем устройства двигателя в разрезе:

Корпус связывает в единое целое головку блока цилиндров, в которой находятся основные элементы газораспределительного механизма (ГРМ). Функция ГРМ — обеспечивать своевременную подачу топливо-воздушной смеси (воздуха) и отвод отработанных газов. ГРМ приводится в действие посредством цепи или ремня от зубчатого венца маховика коленвала, являющегося частью кривошипно-шатунного механизма, преобразующего возвратно-поступательные движения поршней в тот самый крутящий момент, который снимается с коленчатого вала и через трансмиссию передается колёсам.

Принцип работы двигателя

Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии вспышки топлива — тепловой энергии, освобождённой от сгорания топлива, в механическую.

При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

Самый распространённый вариант такой:

• Поршень в цилиндре движется вниз.
• Открывается впускной клапан.
• В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
• Поршень поднимается.
• Выпускной клапан закрывается.
• Поршень сжимает воздух.
• Поршень доходит до верхней мертвой точки.
• Срабатывает свеча зажигания.
• Открывается выпускной клапан.
• Поршень начинает двигаться вверх.
• Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Важно! Если используется дизельное топливо, то искра не принимает участие в запуске двигателя, дизельное топливо зажигается при сжатии само.

При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления. Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE.

Обратите внимание, в дистанционных курсах обучения на платформе ELECTUDE при изучении системы управления дизельным двигателем она сознательно разбирается обособленно от системы регулирования впрыска топлива. Очень грамотный подход. Многим учащимся действительно сложно сразу разобраться и с системой управления, и с системой впрыска. И для того, чтобы хорошо усвоить материал, грамотно двигаться именно пошагово.

Но вернёмся к работе самого двигателя. Рассмотренный принцип работы актуален для большинства ДВС, и он надёжен для любого транспорта, включая грузовые автомобили.

Фактически у устройств, работающих по такому принципу, работа строится на 4 тактах (поэтому большинство моторов называют четырёхтактными):

• Такт выпуска.
• Такт сжатия воздуха.
• Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
• Такт открытия выпускного клапана – необходим для того, чтобы отработанные газы вышли из цилиндра и освободили место новой порции смеси топлива и воздуха

4 такта образуют рабочий цикл.

При этом три такта – вспомогательные и один – непосредственно дающий импульс движению. Визуально работа четырёхтактной модели представлена на схеме.

Но работа может основываться и на другом принципе – двухтактном. Что происходит в этом случае?

• Поршень двигается снизу-вверх.
• В камеру сгорания поступает топливо.
• Поршень сжимает топливно-воздушную смесь.
• Возникает компрессия. (давление).
• Возникает искра.
• Топливо загорается.
• Поршень продвигается вниз.
• Открывается доступ к выпускному коллектору.
• Из цилиндра выходят продукты сгорания.

То есть первый такт в этом процессе – одновременный впуск и сжатие, второй — опускание поршня под давлением топлива и выход продуктов сгорания из коллектора.

Двухтактный принцип работы – распространённое явление для мототехники, бензопил. Это легко объяснить тем, что при высокой удельной мощности такие устройства можно сделать очень лёгкими и компактными.

Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена.

В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска.

У решений, которые поддерживают два такта, заполнение и очистка цилиндра осуществляются синхронно с тактами сжатия и расширения (то есть непосредственно в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки).

Классификация ДВС: варианты

Рядный, V-образный, VR-образный, U-образный, поперечный, продольный, роторный, «звезда» и еще с десяток наименований – это не «тип», а конфигурация, компоновка частей поршневого ДВС, относящегося к бензиновым (газовым), или дизельным. Разделение по количеству цилиндров и их расположению часто называют «архитектурой». Сейчас конфигурацией пользуются как основным критерием, потому, что самое массовое применение в мировом автопроме имеют поршневые движки с возвратно‐поступательным принципом работы, включающие привычный набор: цилиндр‐головка‐поршень‐шатун‐коленвал. Исключение — РПД, но о них поговорим отдельно.

Классический V-образный 6-ти цилиндровый (DTM Rennmotor 1996) двигатель Мерседес

Другие критерии, по которым двигатели можно классифицировать:

• Тактность — 2Т, 4Т.
• Способ смесеобразования — карбюраторные, инжекторные, впрысковые.
• Рабочий объем (куб. см).
• Тип ГРМ — клапанный, поршневой, золотниковый.
• Количество клапанов на цилиндр.
• Система охлаждения — воздушное, воздушно‐масляное, жидкостное.
• Наличие и количество распредвалов — одновальный, двухвальный.
• Наличие или отсутствие принудительной подачи воздуха — турбированные или атмосферные.
• Конструкция привода ГРМ — ременной, цепной, штанговый, шестеренчатый.
• Расположение относительно оси движения машины — продольное, или поперечное.

Во всех поршневых ДВС обязательно есть: камера сгорания, поршень, цилиндр (или заменяющий его объем, в котором поршень перемещается) и вал передачи крутящего момента, который вырабатывается этим смещением поршня.

Какой формы будет этот вал – коленчатый (как в большинстве моторов авто), аксиальный, или просто центральный ротор, а также количество, форма, расположение цилиндров, схема системы газораспределения и питания — все это определяется механическим принципом, который человек сконструировавший этот двигатель, взял за основу.

Популярные марки: Audi A8 , BMW 7‐Series , Mercedes‐Benz C–Class

Виды двигателей внутреннего сгорания по принципу работы:

• Возвратно‐поступательные — в которых линейные движения поршня в цилиндре кривошипный механизм трансформирует во вращение коленвала.
• Роторные – где камера сгорания подвижна, и давление сгорающего топлива сразу же придает эксцентриковому валу (ротору) вращательное движение.
• Аксиальные — где, вместо коленвала, нижняя шейка шатунов интегрирована в качающуюся звездообразную шайбу, за счет эксцентрика раскручивающую центральный вал.
• Свободнопоршневые (прототипы) – в которых два оппозитно направленных поршня, с отдельной для каждого камерой сгорания, закреплены на одном штоке. Вращение тут исключено в принципе, и работа составляет только осевое (вправо-влево) перемещение штока, являющегося якорем электрогенератора.

Принцип работы двухтактного двигателя

Принцип работы такого двигателя объясняется в циклах (тактах) и их всего два:

1. Такт сжатия. Все начинается с того, что поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке, перекрывая продувочное и выпускное окно. После того как произошло закрытие выпускного окна, в цилиндре происходит сжатие горючей смеси.

Одновременно со сжатием горючей смеси в кривошипной камере создается разряжение, под действием которого из выпускного коллектора через впускное окно и приоткрытый клапан поступает уже готовая горючая смесь непосредственно в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода. Сжатая рабочая смесь при положении поршня около верхней мертвой точки воспламеняется искрой от свечи. В результате воспламенения резко возрастает температура и давление. Вследствие этого газы расширяются, и поршень перемещается к нижней мертвой точке (происходит полезная работа).

Поршень, опускаясь вниз, создает в кривошипной камере избыточное давление. Под действием этого давления клапан закрывается, не давая горючей смеси вернуться во впускной коллектор. Когда поршень доходит до выпускного окна, оно открывается, и происходит выпуск отработанных газов. Давление в цилиндре понижается.

Далее поршень открывает продувочное окно, осуществляя продувку цилиндра от остатков отработанных газов и заполняя его горючей смесью.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Принцип работы четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов:

1. Впуск. При перемещении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке создается разряжение рабочей камеры и происходит открытие впускных клапанов. В цилиндр засасывается горючая смесь. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, впускные клапаны закрываются.
2. Сжатие. При перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке происходит сжатие горючей смеси, вследствие этого увеличивается давление в камере и повышается температура горючей жидкости. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет горючую смесь.
3. Рабочий ход или расширение. Происходит пик сгорания горючей смеси. Выделяется много тепла, повышается температура газов продуктов сгорания и давление в цилиндре. Под давлением поршень движется вниз к нижней мертвой точке и через шатун раскручивает коленчатый вал.
4. Выпуск. При перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке распределительный вал открывает выпускной клапан и поршень выдавливает отработанные газы. После выпуска отработанных газов выпускной клапан закрывается.

В цилиндрах такты чередуются с определенной последовательностью (1-3-4-2). Это главное правило для стабильной работы четырехтактного двигателя.

Самые распространенные виды двигателей

1. Оппозитный двигатель. В нем поршни двигаются по обеим сторонам коленчатого вала в горизонтальном направлении вправо и влево. Автомобили с таким двигателем движутся более плавно. Создаваемые поршнями крутящие моменты компенсируют друг друга, значительно уменьшая вибрацию.
2. Рядный двигатель. Все его цилиндры расположены в одной плоскости рядом друг с другом. Конструкция довольна проста. Такие двигатели отличаются следующими показателями: имеют высокую стабильность, высокую характеристику крутящего момента на низких оборотах, меньший размер и низкий расход топлива.
3. V-образный двигатель. У него все цилиндры разделяются на две группы друг напротив друга. Мотор образует плоскость под углом. V-образные двигатели отличаются небольшими размерами по длине и высоте.
4. Квазитурбинный двигатель. Является модифицированным двигателем, основанным на роторном силовом агрегате. Он использует цепной ротор, состоящий из четырех частей. Такой двигатель обладает небольшим размером, высоким крутящим моментом и высокой мощностью. Но они не используются ни на одном автомобиле в настоящий момент.
5. Роторный двигатель. Его внутреннее пространство разделено на три рабочие камеры. Во время работы постоянно изменяется объем рабочих камер. Также роторный двигатель имеет все те же четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Стоимость, ремонт и обслуживание такого агрегата существенно отличаются в большую сторону. По своим характеристикам двигатель не показывает особых преимуществ перед обычными.
6. Green Steam двигатель — эффективный, простой и экономичный. Его мотор преобразовывает избыточное тепло в водяной пар, приводящий в движение силовой агрегат. Такой мотор используют для воздушных насосов, водяных насосов, генераторов, кондиционеров.
7. Двигатель Стирлинга. Это двигатель внешнего сгорания. Его периодичный нагрев и охлаждение изменяют давление, вследствие чего образуется энергия для работы. Он отлично подходит для преобразования тепла в электроэнергию.
8. Радиальный двигатель или звездообразный. Это поршневой двигатель, в котором вокруг коленчатого вала расположены цилиндры. Преимущественно используется в самолетах.

Классификация двигателей в зависимости от рабочего цикла

В зависимости от цикла, описывающего термодинамический (рабочий процесс), выделяют два типа моторов:

• Ориентированные на цикл Отто. Сжатая смесь у них воспламеняется от постороннего источника энергии. Такой цикл присущ всем бензиновым двигателям.
• Ориентированные на цикл Дизеля. Топливо в данном случае воспламеняется не от искры, а непосредственно от разогретого рабочего тела. Такой цикл лежит в основе работы дизельных двигателей.

Чтобы работать с современными дизельными моторами, важно уметь хорошо разбираться в системе управлениям дизелями EDC (именно от неё зависит стабильное функционирование предпускового подогрева, системы рециркуляции отработанных газов, турбонаддува), особенностях системы впрыска Common Rail (CRD), механических форсунках, лямбда-зонда, обладать навыками взаимодействия с ними.

А для работы с агрегатами, работающими по циклу Отто, не обойтись без комплексного изучения свечей зажигания, системы многоточечного впрыска. Важно отличное знание принципов работы датчиков, каталитических нейтрализаторов.

И изучение дизелей, и бензодвигателей должно быть целенаправленным и последовательным. Рациональный вариант – изучать дизельные ДВС в виде модулей.

Классификация двигателей в зависимости от конструкции

• Поршневой. Классический двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом. При работе принципа ДВС рассматривалась как раз такая конструкция. Ведь именно поршневые ДВС стоят на большинстве современных автомобилей.
• Роторные (двигатели Ванкеля). Вместо поршня установлен трехгранный ротор (или несколько роторов), а камера сгорания имеет овальную форму. У них достаточно высокая мощность при малых габаритах, отлично гасятся вибрации. Но производителям невыгодно выпускать такие моторы. Производство двигателей Ванкеля дорогостоящее, сложно подстроиться под регламенты выбросов СО2, обеспечить агрегату большой срок службы. Поэтому современные мастера СТО при ремонте и обслуживании с такими автомобилями встречаются крайне редко. Но знать о таких двигателях также очень важно. Может возникнуть ситуация, что на сервис привезут автомобили Mazda RX-8. RX-8 (2003 по 2012 годов выпуска) либо ВАЗ-4132, ВАЗ-411М. И у них стоят именно роторные двигатели внутреннего сгорания.

Классификация двигателей по принципу подачи воздуха

Подача воздуха также разделяет ДВС на два класса:

• Атмосферные. При движении поршня мотор затягивает порцию воздуха. Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.
• Турбокомпрессорные. Организована дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания.

Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.

Атмосферные системы активно встречаются как среди дизельных, так и бензиновых моделей. Турбокомпрессорные ДВС – в большинстве своём, дизельные двигатели. Это связано с тем, что монтаж турбонаддува предполагает достаточно сложную конструкцию самого ДВС. И на такой шаг готовы пойти чаще всего производители авто премиум-класса, спорткаров. У них установка турбокомпрессора себя оправдывает. Да, такие решения более дорогие, но выигрыш есть в весе, компактности, показателе крутящего момента, уровни токсичности. Более того! Выигрыш есть и в расходе топлива. Его требуется существенно меньше.

Очень часто решения с турбокомпрессором выбирают автовладельцы, которые предпочитают агрессивный стиль езды, высокую скорость.

Базовые части двигателя

Чтобы хорошо понимать устройство двигателя автомобиля, важно разбираться, что из себя представляет блок, цилиндр, поршень, поршневые кольца и шатун.

Блок

Металлическую основу мотора, остов называют блоком. Это корпусная деталь. Именно к блоку крепятся механизмы и отдельные части мотора и его систем.
Иногда можно встретиться с термином «блок», иногда – с терминами «блок двигателя», «блок цилиндров». Всё это одно и тоже.

Блок двигателя берёт на себя серьёзные нагрузки. Поэтому контроль качества при его изготовлении должен быть предельно высок. Огромное внимание уделяется как материалу, так и уровню точности изготовления детали. Для производства используются высокоточные станки.

Раньше блоки изготавливали из перлитного чугуна с легирующими добавками. Популярность чугуна при изготовлении блоков легко объяснима тем, что материал износостоек, стабилен по своим свойствам, малочувствителен к перегреву, адаптивен к ремонту. Сейчас некоторые производители также выпускают блоки из алюминиевого, магниевого сплава. В этом случае есть выигрыш, связанный с весом мотора. Это очень актуально для блоков моторов спорткаров.

Цилиндр

Рядом с понятием «блок» стоит понятие «цилиндр». Под цилиндром подразумевается цилиндрическое отверстие, высверленное в блоке.  То есть это рабочая камера объёмного вытеснения.
Уплотнение верхней стороны цилиндра обеспечивает головка. Именно в ней находятся:

• Клапаны. Обеспечивают (в процессе открытия-закрытия) поступление в цилиндр воздуха, топливовоздушной смеси. Также среди функций клапанов обеспечивают очистку камеры сгорания цилиндра от отработавших (выхлопных) газов. Закрытие клапанов и удержание их в таком состоянии обеспечивают клапанные пружины.
• Распредвалы (элементы привода клапанов). От них зависит то, как открываются клапаны, сколько времени они находятся в открытом состоянии
• Механизмы привода клапанов. Функция идентична. И, как видно, из названия – это привод клапанов. Но сами механизмы могут быть разными. Всё зависит от мотора: например, бензиновый, дизельный.

Цилиндр играет роль направляющего для поршня.

Поршень, поршневые кольца и шатун

Цилиндрическая деталь или совокупность деталей, которая преобразует энергию горения топливо в механическую энергию, называется поршнем.
В проточках на боковой поверхности поршня вставлены поршневые кольца. Благодаря им между поршнем и стенкой цилиндра создаётся уплотнение. Задача поршневых колец заключается в создании барьера для перетекания из камеры сгорания в картер коленчатого вала газов.
Среди задач поршня:

• Оказание силового воздействия на шатун.
• Отвод тепла от камеры сгорания.
• Герметизация камеры сгорания.

Подвижное соединение между поршнем и коленчатым валом обеспечивает шатун. Именно шатун передаёт силу движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.

Коленчатый вал

Коленчатый вал – это важная составляющая кривошипно-шатунного механизма. Кривошип коленчатого вала создает возвратно-поступательное движение поршня через шатун (подвижный элемент), то есть возвратно-поступательное движение поршня превращается в крутящий момент. Физически коленвал расположен в нижней части двигателя. Снизу коленвал прикрыт картером – самой внушительной неподвижной и полой частью двигателя, закреплённой на блоке сбоку. Визуально картер напоминает поддон.

Конструкция коленчатого вала состоит из несколько шеек (коренных и шатунных). Они соединены щеками, соединенных между собой щеками. Место перехода от шейки к щеке всегда является самым нагруженным у коленвала.

На коленчатый вал приходятся переменные нагрузки от сил давления газов.
Для того, чтобы не возникало осевых перемещений коленчатого вала, используется упорный подшипник скольжения. Он устанавливается на одной из шеек (средней или крайней).

Несколько важных терминов, касающихся устройства двигателя автомобиля

Камера сгорания –замкнутое пространство, где осуществляется воспламенение и горение топливовоздушной смеси. Сверху камера сгорания ограничена нижней поверхностью головки цилиндра, сбоку – стенками цилиндра, снизу –днищем поршня.

Толкатели клапанов, подъёмники –промежуточное звено, необходимое для передачи движения от распределительного вала к остальным частям механизма привода клапанов.
Коромысла (рокеры). Детали двигателя, функции которых заключаются в передаче движения от распределительного вала к клапанам.

Маховик. Деталь, ответственная за обеспечение равномерного вращения коленчатого вала. На цилиндрической устанавливается зубчатый венец. Он помогает провести пуск электростартера.

На схеме представлено расположение основных частей двигателя при рассмотрении его со стороны его задней части. На фланце коленчатого вала видны отверстия под болты, с помощью которых к фланцу крепится маховик с зубчатым венцом, или платина привода гидравлического трансформатора автоматической трансмиссии.

Дополнительные агрегаты

Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.

Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.

Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.

Топливо ДВС

Октановое число топлива жёстко ограничивает возможную степень сжатия

Каждому типу ДВС соответствует топливо, которое для него может быть использовано. Так, для двигателей с воспламенением от сжатия требуется солярка с достаточно высоким цетановым числом, определяющим воспламенение без значительной задержки. Чем дизель быстроходнее, тем выше требования к цетановому числу. С другой стороны, снижение цетанового числа можно частично скомпенсировать изменениями в конструкции двигателя: повышением степени сжатия, подогревом воздуха на впуске. Такое необходимо в конструкции многотопливных дизелей, устанавливаемых на танки и БМП, поскольку при нарушении снабжения подразделений, ведущих наступление, приходится использовать любое доступное топливо (керосин, бензин, лигроин). Дизельное топливо не должно иметь значительное содержание серы, поскольку кроме экологического урона, образующийся в цилиндрах диоксид серы вызывает коррозию цилиндро-поршневой группы и износ подшипников. Фракционный состав дизельного топлива должен обеспечивать его незамерзаемость до нужных температур.

Для газотурбинных, реактивных, и турбовинтовых двигателей требования к безопасности полётов требуют строгого применения авиационного керосина.

Наиболее многочисленные бензиновые двигатели с искровым зажиганием требуют для нормального распространения фронта пламени необходимое (или более высокое) октановое число, определяющее стойкость бензовоздушной смеси к детонационному сгоранию. Быстрое (более 2 км/с) детонационное сгорание оставшейся части бензовоздушной смеси происходит в конце нормального сгорания (40-50 м/с), вызывает значительные ударные нагрузки, выкрашивание материалов поршня и головки цилиндров, поломку поршневых колец и/или перемычки между поршневыми канавками. Детонационное сгорание, увеличивая теплоотдачу в стенки и увеличивая число свободных радикалов, снижает экономичность, вызывает появление сажи и увеличивает температуру отходящих газов. Кроме октанового числа, обеспечивающего работу двигателя с высокой степенью сжатия (то есть, более мощного и экономичного), от бензинов также требуется минимальное содержание серы и ароматических компонент, что вместе обеспечивает уменьшение вредных выбросов. Диоксид серы в выхлопе бензиновых моторов даже при незначительном содержании вызывает газовую эрозию посадочных поясков выпускных клапанов (в отличие от дизельных, бензиновые двигатели имеют более жаростойкие тарелки клапанов из никелевого сплава, нестойкого к сере). Требования к октановому числу топлива зависят не только от степени сжатия, но и от размерности двигателя (см. рисунок), быстроходности, способа впрыска топлива, коэффициента избытка топлива, метода охлаждения и металла деталей, образующих камеру сгорания, и ещё нескольких менее значительных факторов.

Таким образом, применяемое топливо обеспечивает работоспособность, достаточную мощность, ресурс, и экологические параметры соответствующих моторов. Его тип строго ограничен инструкцией по эксплуатации. Для специальной форсировки военных моторов на незначительное время (авиация) широко практиковалось применение водно-метальных, бензольных, и других смесей, поскольку снижение ресурса окупалось повышением боевых качеств в ходе краткого воздушного боя.

Преимущества и недостатки ДВС

По сравнению с двигателями внешнего сгорания ДВС:

Преимущества

• не имеет дополнительных элементов теплопередачи — продукты сгорания и образуют рабочее тело.
• компактнее, так как не имеет целого ряда дополнительных агрегатов, часто тяжелых и громоздких (паровой котел, конденсатор пара);
• по этим причинам легче и дешевле (удельная мощность намного выше);
• экономичнее по причине быстрого рабочего процесса с высокой температурой сгорания без дополнительной теплопередачи;

Недостатки

• потребляет топливо, обладающее весьма жёстко заданными параметрами (испаряемостью, температурой вспышки паров, плотностью, теплотой сгорания, октановым или цетановым числом), так как от этих свойств зависит сама работоспособность ДВС;
• не имеет возможности работать по замкнутому циклу (как двигатель Стирлинга), использование внешних источников теплоты и холода невозможно.
• не способен развивать крутящий момент вне рабочих чисел оборотов, и поэтому в подавляющем большинстве случаев нуждается в передаче, согласующей выходные параметры ДВС с нагрузкой, и в устройстве, обеспечивающем запуск (в отличие от паровой машины, имеющей максимум момента при трогании от нулевых оборотов).
• практически все виды топлива для ДВС — невозобновляемые ресурсы (природный газ и нефтепродукты). Исключения (этиловый спирт, биогаз, генераторный газ) используются реже, ввиду снижения выходных характеристик двигателя (крутящего момента, мощности, скорости вращения). Водород применяется из-за дороговизны и трудностей хранения в жидком виде по большей части для двигателей космических кораблей, применение в наземном транспорте распространения не получило.

ДВС может работать на альтернативном топливе

Современные ДВС принято делить на два основных типа по применяемому топливу — бензиновые и дизельные. Однако сама история создания двигателей внутреннего сгорания позволяет понять: сжигать в таких моторах можно многие виды горючего — от различных газов до всевозможных растворителей и спиртов. Главное — испарить их и подмешать воздух в нужных пропорциях.

Наиболее распространённые альтернативы бензину и дизелю — пропан-бутан и метан, но можно использовать даже «гремучую смесь» — водород с кислородом. И это далеко не всё: почти любая современная машина с ДВС способна ездить на смеси бензина с этанолом или на чистом этаноле, то есть спирте, получаемом экологически чистым путём. Поедет бензиновый автомобиль и на различных растворителях. К примеру, запустить ДВС можно на обычном сольвенте из хозяйственного магазина — с помощью этой жидкости обычно осуществляют чистку топливной системы.

Тюнинг

Любители увеличить мощность работы двигателей внутреннего сгорания зачастую устанавливают (если это не предусмотрено заводом изготовителем) различного рода турбины или компрессоры.

Компрессор на холостых оборотах выдает небольшую мощность, при этом держит стабильные обороты. Турбина же, наоборот, выжимает максимальную мощность при ее включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации с мастерами, имеющими опыт работы в узком направлении, поскольку ремонт, замена агрегатов, или же дополнение двигателя внутреннего сгорания дополнительными опциями – это отклонение от назначения работы двигателя и уменьшают ресурс ДВС, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть навсегда окончена.