Что является сердцем автомобиля
Сердце автомобиля – это двигатель
В соответствии с предназначением двигатель является источником механической энергии, необходимой для движения автомобиля. Для того, чтобы получить механическую энергию, в двигателе автомобиля преобразуется другой вид энергии (энергия сгорания топлива, электрическая энергия и др.). Источник энергии при этом должен находиться непосредственно на автомобиле и периодически пополняться.
Передача механической энергии от двигателя на ведущие колеса осуществляется через трансмиссию. Конструктивное объединение двигателя и трансмиссии носит устоявшееся название силовая установка.
В зависимости от вида преобразуемой энергии различают следующие основные виды автомобильных двигателей:
-двигатели внутреннего сгорания (сокращенное наименование ДВС);
-комбинированные двигатели, т.н. гибридные силовые установки.
Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию сгорающего топлива в механическую работу. Известными типами ДВС являются:
На современных автомобилях наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, использующие в качестве источника энергии жидкое топливо (бензин, дизельное топливо) или природный газ.
Автомобиль, использующий в качестве двигателя электродвигатель, называется электромобилем. Для работы электродвигателя требуется электрическая энергия, источником которой могут быть аккумуляторные батареи или топливные элементы. Основным недостатком электромобилей, ограничивающим их широкое применение, является небольшая емкость источника электрической энергии и соответственно низкий запас хода.
Двигатели внутреннего сгорания.
Поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом.
Мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания колеблется в пределах от нескольких ватт (двигатели авиа-, мото- и судомоделей) до 75 000 кВт (судовые двигатели).
В качестве топлива в поршневых двигателях внутреннего сгорания используются:
монооксид углерода, вырабатываемый в газогенераторе, входящем в состав топливной системы двигателя, из твёрдого топлива (угля, торфа, древесины).
Двигатели с внешним смесеобразованием. Воспламенение воздушно-топливной смеси может выполняться электроискровым разрядом, вырабатываемым системой зажигания (например, автомобильный Бензиновый двигатель внутреннего сгорания). Двигатели с внешним смесеобразованием могут работать на газообразном топливе (природный газ, био и другие условно-бесплатные газы);
Двигатели с внутренним смесеобразованием (воспламенение от сжатия рабочего тела). Эти двигатели, в свою очередь, подразделяются на:
Дизельные, работающие на дизельном топливе или природном газе (с добавлением 5 % дизельного топлива для обеспечения воспламенения топливной смеси). В этих двигателях сжатию подвергается только воздух, а при достижении поршнем точки максимального сжатия в камеру сгорания впрыскиваеся топливо, которое воспламеняется при контакте с воздухом, нагретым при сжатии до температуры в несколько сотен градусов Цельсия.
Двигатели с внутренним смесеобразованием имеют (как в теории, так и на практике) более высокий КПД и вращающий момент за счёт более высокой степени сжатия.
В рамках технической термодинамики работа поршневых двигателей внутреннего сгорания в зависимости от особенностей их циклограмм описывается термодинамическими циклами Отто, Дизеля, Тринклера, Аткинсона или Миллера.
Эффективный КПД поршневого ДВС не превышает 60%. Остальная тепловая энергия распределяется, в основном, между теплом выхлопных газов и нагревом конструкции двигателя. Поскольку последняя доля весьма существенна, поршневые ДВС нуждаются в системе интенсивного охлаждения. Различают системы охлаждения:
воздушные, отдающие избыточное тепло окружающему воздуху через ребристую внешнюю поверхность цилиндров; используются в двигателях сравнительно небольшой мощности (десятки л.с.), или в более мощных авиационных двигателях, работающих в быстром потоке воздуха;
жидкостные, в которых охлаждающая жидкость (вода, масло или антифриз) прокачивается через рубашку охлаждения (каналы, созданные в стенках блока цилиндров), и затем поступает в радиатор охлаждения, в котором теплоноситель охлаждается потоком воздуха, созданным вентилятором. Иногда в жидкостных системах в качестве теплоносителя используется металлический натрий, расплавляемый теплом двигателя при его прогреве.
Основные параметры двигателя
С работой поршневого двигателя внутреннего сгорания связаны следующие параметры.
Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый)
Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл: Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.
Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.
Преимущества, недостатки и их разрешение
Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями
низкий уровень вибраций. РПД полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров;
главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более), чем в случае использования обычного двигателя внутреннего сгорания.
Высокая удельная мощность(л.с./кг), причины:
Масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности «нормальных» поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
меньшие в 1,5-2 раза габаритные размеры.
меньшая на 35-40 % номенклатура деталей.
За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, но с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при меньшем объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно компактна и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать например автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.
Трёхмерная модель РПД в динамике.
С другой стороны, сопряжение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД Ванкеля, вызывает повышенное механическое напряжение между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой, приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.
В связи с этим возникают повышенные требования к качеству и периодичности замены моторного масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнений. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.
Наиболее важной проблемой считается состояние уплотнений. Площадь пятна контакта со стенками камеры очень невелика, а перепад давлений в процессе работы очень высокий. Следствием этого неразрешимого для двигателей Ванкеля противоречия является неизбежный перепуск между отдельными камерами и, как следствие, некоторое падение коэффициента полезного действия и повышение токсичности выхлопа. Проблема быстрого износа уплотнений на высоких оборотах была частично решена применением высоколегированной стали.
При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важную проблему представляет собой меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС, что является закономерным следствием более высокой удельной мощности.
Кроме того, в силу объективных особенностей конструкции РПД является существенно более сложно масштабируемой конструкцией, чем обычный поршневой двигатель, для которого добавление или изъятие одного-двух цилиндров не представляет существенной инженерной проблемы. В случае с РПД каждый блок в двух-трёхблочных двигателях представляет собой по сути отдельный двигатель, и требует для реализации сопряжения с соседними таких же инженерных решений, какие применяются при создании спарок обычных поршневых ДВС. Это неизбежно приводит к увеличению потерь, из-за чего РПД редко имеют более четырёх секций. Аналогично, увеличение мощности односекционных РПД ограничивается технологически допустимыми размерами рабочего цилиндра (и, следственно, объема камеры сгорания), на современном уровне развития технологий это порог в пределах 400 л.с..
Двигатель Mazda RENESIS 16X
Mazda RX-8 Hydrogen RE
Mazda RX-8 Hydrogen RE
Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании[3] могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород. Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков. Двигатель успешно может использовать водород, так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня.
Первый в мире бензоэлектрический автомобиль Lohner Electric Chaise был создан Фердинандом Порше ещё в 1899 году. В 70-е годы XX века интерес к гибридам возобновился вследствие роста цен на топливо и ужесточения экологических норм.
Гибридная силовая установка сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что обеспечивает меньший расход топлива и снижает токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибридный автомобиль, тем более ёмкие аккумуляторы ему требуются и, следовательно, тем выше его цена.
Последовательная гибридная схема
Существует также три основные схемы устройства гибридных силовых установок: последовательная, параллельная и смешанная. Последовательная гибридная схема появилась первой (её придумал в 1899 году сам Фердинанд Порше), но в легковых автомобилях распространена меньше. По ней, например, построены силовые агрегаты карьерных самосвалов, некоторых автобусов и локомотивов. В последовательной схеме колёса приводит в движение электромотор, а малолитражный ДВС крутит генератор, вырабатывающий электроэнергию. Тут отсутствует необходимость в коробке передач и мощном двигателе внутреннего сгорания. Зато требуются аккумуляторы, как правило, никель-металлогидридные, большой ёмкости.
Chevrolet Volt построен по последовательной схеме. Его ещё называют электромобилем с увеличенным запасом хода. На электротяге автомобиль делает бросок длиной 64 км. А при использовании вспомогательного турбомотора, заряжающего батареи, пробег на одной заправке может превышать 1024 км.
Параллельные гибриды могут быть не только умеренными, но и полными, как, например, Audi Duo (1998). Эта модель могла проехать 50 км только на электромоторе, приводящем в движение задние колёса.
Но компания Honda нашла возможным оснастить своё бензоэлектрическое купе CR-Z шестиступенчатой «механикой». В качестве источника питания используются литиево-ионные или литиево-полимерные аккумуляторы. Умеренные гибриды не требуют ёмких батарей на борту, благодаря чему доступны по цене. Однако некоторые автопроизводители присматриваются к дорогущим суперконденсаторам, которые способны кратковременно отдавать ток очень высокой мощности.
Последовательно-параллельная гибридная схема
У BMW Active Hybrid X6 с бесступенчатой коробкой передач ECVT с несколькими планетарными рядами два электромотора. Один работает на малых скоростях. А другой запускает ДВС и затем служит генератором. Полноприводная трансмиссия xDrive сохранена.
А вот у гибридного кроссовера Lexus RX 450h за привод на задние колёса отвечает дополнительный электромотор.
Автокардиология: правильная эксплуатация двигателя.
Что происходит с человеком, когда у него начинает барахлит сердце, и у каждого автомобиля тоже есть сердце, и забота о нем всецело ложится на плечи автовладельца, от которого зависит, насколько долго его машина будет в форме и не отправится на свалку в результате преждевременного «автоинфаркта».
Работоспособность силового агрегата вашего любимого авто зависит от многих факторов: от условий, в которых он эксплуатируется, от теплового режима и тех нагрузок, которым вы его подвергаете, от качества топлива и смазочных материалов, от того, насколько эффективно работает система очистки воздуха, и от многого другого.
Какого-то четкого свода правил эксплуатации двигателя не существует. Главное, быть внимательным. Однако мы все же попробуем собрать все основное воедино, дабы научиться бережливо относиться к мотору. И в будущем он однозначно ответит вам главным – безотказностью. Итак, давайте повернем ключ в замке зажигания.
Маслом кашу не испортишь?
Увы, если речь идет об автомобилях, то некачественное масло может быть губительным для двигателя. Первая рекомендация – это своевременная замена масла. И не стоит в обязательном порядке руководствоваться межсервисными интервалами. Можно это делать чуть чаще: например не каждые 10 тысяч километров, а каждые 7,5 тысяч.
Следите за качеством горюче-смазочных материалов и не игнорируйте показатель вязкости масла, который указывается для каждой конкретной модели двигателя. Если вы все же не хотите заморачиваться по этому поводу, то обратите внимание на всесезонное масло с индексом 5W40 или на «синтетику» и «полусинтетику» с индексом вязкости 10W40.
Для современного масла нет никакой разницы, в какой двигатель его заливают – в бензиновый или в дизельный. Если вы уверены в том, что класс качества масла отвечает всем общепринятым стандартам, вовсе не обязательно, чтобы на этикетке красовалась надпись «diesel».
Чистота помыслов и… топливной системы
Топливный фильтр, как и масло, нужно менять примерно каждые 10 тысяч километров пробега. Также не забывайте сливать из топливного фильтра отстой, чтобы он не забивался. В противном случае, вся топливная система будет страдать от повышенного гидравлического сопротивления.
А если у вас хватит сил, времени и средств, то не поленитесь 2 раза в год снять топливный бак, чтобы промыть его. Когда вы увидите, что «выйдет» из бака, то вопрос о том, насколько актуальна эта процедура, отпадет сам собой.
Всыпьте автомобилю ремня
Через каждые 60 тысяч километров пробега меняйте ремень ГРМ. Как правило, в инструкции к автомобилю указана предельная величина пробега, потому не стоит надеяться на то, что ремень «пробегает» все «сто тыщ» без каких-либо спотыканий.
И не дай бог, чтобы у вас порвался ремень ГРМ или запротестовал натяжной ролик: ремонт может вылиться в трату большого количества американских рублей.
Уважайте двигатель своего автомобиля
Если вы привыкли экономить, то лучше делайте это во время очередной попойки в ресторане, а не при покупке запчастей для двигателя. Если в случае ходовой еще позволительно купить что-то «неадекватно-китайское», то к моторным запчастям предъявляются очень высокие требования.
Рынок просто тонет во второсортном товаре, который на поверку оказывается откровенным браком. Свечи «тухнут» за две недели, распылители идут в утиль прямо на стенде, а новые цепи растягиваются, не отъездив даже тысячи километров.
Экономия неуместна и в том случае, если вы решили провести ремонт. В специализированном сервисе ремонт может обойтись в 2, а то и в 3 раза дороже. Но в конечном результате, гаражные работы у «дяди Коли» могут вылиться в дополнительные траты, которые заставят вас задаться вопросом – а где же экономия?
Двигателю нужны тепло и ласка
На счет прогрева двигателя существует миллион мнений, и каждое из них имеет право на существование. Но все же многие эксперты сходятся во мнении, что мотор все же нужно греть, но не слишком долго. Зимой вы приходите к автомобилю, запускаете двигатель, и пока отчищаете машину от сугробов, мотор с чихания перейдет на ровное дыхание.
Также нужно следить за тем, чтобы двигатель не работал слишком долго на высоких оборотах. Все, что выше 4 тысяч оборотов в минуту – это довольно большие нагрузки на цилиндро-поршневую группу и кривошипно-шатунный механизм. Так что если стрелка тахометра долго «гуляет» за пределами 4 тысяч, то это однозначно приводит к износу и снижению ресурса силовой установки.
Смотрите глубже – объезжайте лужи
Если у вас джип, это не дает вам права относиться к своему автомобилю наплевательски. Даже у самого крепкого «рамника» есть слабые места. Вы, конечно, можете лихо рассекать по лужам и форсировать разливы рек, но делать вы это будете однозначно под звездой возможного гидроудара. Когда в камеру сгорания попадает вода, двигатель глохнет, и все попытки завести его приносят лишь разочарование.
Однако гидроудар – это палка о двух концах. С одной стороны, мы должны держать мотор на как можно больших оборотах, чтобы вода не попала в двигатель через выхлопную трубу. С другой стороны, высокие обороты повышают риск того, что гидроудар окажется летальным для силового агрегата вашего авто. Наш совет – ищите компромисс. Проезжайте лужи на первой передаче «шагом». То есть крутите двигатель так, чтобы этого было достаточно, дабы не заглохнуть.
Будьте внимательны к двигателю
Прежде чем провернуть ключ в замке зажигания, в обязательном порядке проверьте уровень масла. Возможно, вам вообще придется задуматься о его наличии в масляном картере. Простой, пусть немного и вульгарный пример: в этом деле смазка не менее важна, чем в сексе.
Не забывайте и об уровне охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Отсутствие ОЖ вредно так же, как и попытка залить холодную жидкость в горячую систему. И наоборот, холодный двигатель неадекватно отреагирует на горячую охладительную жидкость. Но если у вас нет выбора, то запомните, что перепад температур не должен превышать порог в 15 градусов.
Кроме всего прочего, перед запуском двигателя следует проверить герметичность всех соединений во впускном тракте системы питания мотора воздухом, а также состояние всех элементов, которые отвечают за фильтрацию.
Если двигатель отказывается заводиться, подумайте о стартере. Лучше не мучить его больше 10 секунд. Перед следующей попыткой подождите секунд 30, чтобы стартер остыл.
Элементарные правила порядочности в отношении своего автомобиля. Следите за двигателем и вам воздастся.
Двигатель — сердце автомобиля. Двигатель внутреннего сгорания, гибридная силовая установка, электромобили
Без двигателя автомобиль превращается в красивую (иногда) металлическую коробку. Без двигателя автомобиль не в состоянии выполнять своё основное назначение – перемещаться в пространстве и при этом перевозить людей и грузы.
Назначение двигателя – выработать механическую энергию, которая должна вращать колеса автомобиля. Другими словами, двигатель превращает в механическую энергию другие виды энергии (электрическую или тепловую, получаемую при сгорании топлива).
Все двигатели, используемые в автомобилях, можно разделить на три группы:
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
Двигатель внутреннего сгорания превращают тепловую энергию, получаемую в результате горения топлива механическую энергию. В качестве топлива используют бензин, дизельное топливо или газ. Существует огромное количество конструктивных схем ДВС. Но до практического использования в автомобилях доведены две схемы.
Это традиционный поршневой двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, применяется на подавляющем большинстве автомобилей.
Другая схема — роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля, по фамилии изобретателя). До конвейера этот двигатель сумели довести только компания «Мазда» и наш ВАЗ. На сегодняшний день на ВАЗе выпуск таких двигателей прекращен, «Мазда» выпускает роторно-поршневые двигатели до сих пор.
Почему так получилось? Дело в том, что основное достоинство двигателя Ванкеля (малые вес и размер при большой удельной мощности) не удалось сделать преобладающим над его недостатками (сложность в изготовлении, большой расход топлива и масла).
Гибридная силовая установка
Преимущество гибридных силовых установок в том, что за счет применения электродвигателя с более высоким, чем у ДВС коэффициентом полезного действия, достигается высокая топливная экономичность.
Конструктивно гибридная силовая установка состоит из традиционного ДВС, электродвигателя, генератора, накопителя электроэнергии (чаще всего аккумулятора) и электронного блока управления.
Вариантов организации работы установки несколько:
1. в зависимости от решения блока управления ведущие колеса автомобиля вращают или ДВС, или электродвигатель. При работе двигателя внутреннего сгорания электродвигатель работает в режиме генератора и подзаряжает аккумулятор;
2. колеса автомобиля всегда вращает электродвигатель, при разряде аккумуляторной батареи блок управления заводит ДВС, который работает только на привод генератора для зарядки аккумулятора.
В последние годы многие автопроизводители предлагают покупателям автомобили с гибридными силовыми установками.
Электромобили
Автомобили с электродвигателями называют электромобилями. Источником электроэнергии в таких автомобилях являются топливные элементы, но чаще мощная аккумуляторная батарея.
Главный недостаток таких автомобилей – малый запас хода из-за недостаточной ёмкости аккумуляторов. Работы по увеличению пробега автомобилей ведутся, но широкого применения на сегодняшний день электромобили не получили.
Видео: двигатель автомобиля.
Таким образом, сейчас подавляющее большинство выпускаемых автомобилей все-таки оснащаются двигателем внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом.
Сердце автомобиля
Автовладелец – не только пользователь автомобиля, но и психолог, врач и автомеханик. Действительно, «чувствовать», «слышать» и «понимать с полуслова» свой автомобиль способен не каждый водитель. Как опытный специалист со стажем вы должны знать, что жизнь вашего четырёхколёсного друга в ваших руках. Предельную внимательность и заботу необходимо проявлять именно к сердцу автомобиля – двигателю.
Работоспособность двигателя внутреннего сгорания зависит от большого количества факторов, начиная от нагрузок, заканчивая качеством топлива.
Совместно с экспертами мы раскроем 5 секретов долголетия двигателя автомобиля.
1. Регулярная замена масла
Важным компонентом в работе двигателя является масло. Периодичность регулярной замены масла зависит от модели автомобиля, но существует негласный стандарт для современных автомобилей – каждые 10000 – 20000 км пробега. При замене масла также обратите внимание на состояние масляного фильтра, предназначенного для удаления из моторных масел вредных частиц.
2. Корректность в работе системы охлаждения
Система охлаждения включает в себя масляный радиатор, теплообменник отопителя, вентилятор радиатора, термостат, центробежный насос и охлаждающую жидкость. Значимость системы охлаждения двигателя невозможно переоценить, поэтому стоит регулярно проводить профилактический осмотр её основных элементов, что позволит избежать перегрева двигателя и возникновения критических поломок. Следите за уровнем охлаждающей жидкости, не допускайте не только её снижения до минимального значения, но и превышения максимального значения, что позволит избежать перегрева двигателя.
Не опустошайте бензобак до минимума, поскольку данное явление отрицательно сказывается на состоянии бензонасоса. Если в бензобаке недостаточное количество бензина, бензонасос начинает всасывать воздух, в результате чего может перегреться и выйти из строя. Рекомендуется держать топливный бак наполовину полным, особенно в зимний период времени.
4. Замена воздушного фильтра
При замене масла обратите внимание на состояние воздушного фильтра, очищающего воздух от различных загрязнений, которые могут попасть в двигатель вашего автомобиля. Помните, что частота замены фильтра зависит от таких факторов как стиль вождения и климатические условия.
5. Рабочая температура
Автовладелец знает, что оптимальным режимом работы двигателя является его полный прогрев и выход на рабочие температуры. После выполнения этих условий можно нагружать мотор. Резкое увеличение нагрузок на двигатель внутреннего сгорания крайне нежелательно, особенно в зимний период времени.
Следуя простым рекомендациям, перечисленным выше, вы сможете сохранить долголетие ДВС вашего четырехколесного друга. Помните, что автомобиль – сложнейший механизм, элементы которого взаимозависимы, следовательно, выход из строя одного элемента приводит к возникновению проблем во всей системе.