Польза от двигателя внутреннего сгорания
Человечество уже несколько сотен лет пользуется двигателями внутреннего возгорания. Они приводят в движение машины, автобусы, мотоциклы, трактора и многую другую технику. ДВС пришел к нам на смену паровому двигателю.
Основная специфика этих устройств заключается в том, что возгорание происходит прямо внутри рабочей камеры, в результате чего, энергия горения превращается в механические силы. Суть работы таких двигателей в том, что внутри цилиндров, под давлением, возникает горение топливно-воздушной смеси, которая воспламеняется различными способами.
Классификация двигателей внутреннего сгорания
- Поршневые. В агрегатах такого типа, полученная от горения энергия превращается в механическую при помощи кривошипно-шатунного механизма.
- Карбюраторные. В этом случае топливная смесь возникает внутри карбюратора, далее попадает в цилиндр. Воспламенение осуществляется за счет свечей.
- Инжекторные. Эти двигатели снабжены электронным устройством. Топливо впрыскивается в коллектор через форсунки.
- Дизельные. Топливно-воздушная смесь в них воспламеняется без использования искр от свечей.
- Роторные. В таких моторах энергия трансформируется в механическую работу при помощи кручения ротора газами.
- Газотурбинные. Ротор таких двигателей снабжен клиновидными лопатками, приводящими в действие вал турбины.
Плюсы двигателя внутреннего сгорания
- Малый вес мотора. В большинстве случаев подобные устройства не занимают много места, и весят достаточно легко. К тому же, объем топливных баков, также может располагаться в сравнительно маленьких пространствах.
- На одной заправке имеется возможность проехать большие расстояния. Это особенно актуально для водителей автобусов или дальнобойщиков. Постоянные остановки на дозаправку могли бы значительно отягощать и без того нелегкую работу водителей.
- Высокая мощность. Сегодня двигатели внутреннего сгорания могут обладать огромным запасом лошадиных сил. Все зависит от стоимости. Если у вас имеются крупные финансы, вы сможете купить себе монстра среди рядовых автомобилей. Но и прокормить его будет непросто. Бензин, в прямом смысле, начнет вылетать в трубу, что естественно, обойдется собственнику в копеечку.
- Простота в использовании. Разобраться в устройстве моторов сегодня может любой желающий, если приложит к этому некоторые усилия. Большинство из них имеют одинаковые системы, поняв, из чего состоит один двигатель, вы с легкостью сможете разобраться в любом другом.
- Возможность быстрой заправки. Количество заправочных станций сейчас настолько велико, что водителям не приходится опасаться за обсохший бак. Они расположены практически в любом населенном пункте, а длительность заправки не превышает 10 минут.
- Доступность. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания перестали быть редкостью. Они прочно вошли в нашу жизнь. Автосалоны предлагают потребителям любые машины на вкус и цвет. На вторичном рынке их стоимость настолько низкая, что их приобретают даже студенты и школьники.
- Большой ресурс работы. Современные моторы могут проработать без капитального ремонта десятки лет. К слову сказать, что надежность агрегатов потихоньку снижается, и все же остается на должном уровне вот уже многие годы.
Минусы
- Безусловным минусом ДВС является высокая степень выбросов, вырабатывающихся во время езды. Главная проблема лежит в том, что топливо сгорает не полностью. На передвижение машины уходит лишь 15% горючего материала, остальное вылетает в воздух, в результате не достигшей совершенства камеры сгорания топлива. Отработанные газы включают в себя сотни вредных компонентов, тяжелых металлов и производных углеводорода.
- Всегда требуется наличие коробки переключения передач. Это устройство необходимо для того, чтобы менять передаточное число, регулирующее количество оборотов двигателя, которые в свою очередь передают энергию на колеса, и те начинают вращаться либо быстрее, либо медленнее.
- Необходимость смены масла каждые 10 000 км пробега. Это обусловлено загрязнением жидкости, попадающими в двигатель мелкими частицами, а также при появлении рабочих отходов от поршней и коленвала.
- Высокая стоимость топлива. Цена за литр бензина или солярки неуклонно растет вверх. Такими темпами передвижение на автомобилях с ДВС будет большой роскошью. Выходом из данной ситуации может послужить установка газового оборудования, так как цена на газ сейчас в 2 раза меньше стоимости бензина, и пока что остается примерно на отметке в 23 рубля, в зависимости от региона.
- Ограниченный ресурс дешевых моторов. Производители двигателей низкой стоимости используют некачественные детали, имеющие большой износ. Хотя, при наличии современных смазок, время работы можно значительно повысить. Главное вовремя менять жидкости и прочие расходные материалы.
- Низкий коэффициент полезного действия. Данный показатель отражает эффективность работы двигателя относительно вырабатываемой энергии в механические силы. Его выражают в процентах. В отличие от электрических моторов, КПД которых может достигать 95%, КПД двигателей внутреннего сгорания не обладает такими показателями. Потери полезного действия происходят в результате неполного сгорания топлива, расходов на тепло, а также потери на прочее оборудование, такое как кондиционер, помпа, генератор.
Современные двигатели шагнули далеко вперед от своих предшествующих собратьев. На сегодняшний день им нет конкурентов. Возможно, если люди не придумают чего-то в корне нового, такие моторы просуществуют в нашем мире еще не одно десятилетие. Как бы хотелось, чтоб ДВС жили вечно, но их существование закончится вместе с нефтью, и придет эра электрических двигателей.
Но, несмотря на то, что ДВС заслужили всеобщую любовь, они могут стать причиной глобального экологического кризиса. Выбросы, создаваемые в атмосферу миллионами автомобилей, поднимают реальную угрозу нашей планете.
Источник
Бензин, дизель, гибрид или электродвигатель? Что лучше? 06.11.2020 15:13
Определиться с маркой, моделью и уж тем более типом силового агрегата — для многих большая проблема. Помимо привычных дизеля и бензина, на рынке появились неизвестные гибридные и полностью электрические авто, которые выглядят как обычные, но по своей природе сильно отличаются.
Чтобы помочь разобраться рядовому потребителю, разберем современные моторы по следующим критериям:
• Эффективность (КПД);
• Надежность (стойкость к поломкам);
• Экономичность (расход топлива, содержание);
• Ремонтопригодность (возможность ремонта в случае поломки);
• Ну и, конечно же, экологичность (степень загрязнения окружающей среды).
Бензиновый двигатель
Начнем с самого древнего — бензинового двигателя внутреннего сгорания. Наиболее популярный в Мире мотор, работающий от энергии, полученной в результате воспламенения топливной смеси и преобразованной во вращательно-поступательное движение.
Преимущества
• Надежность и приличный ресурс. Некоторые агрегаты служат своим владельцам десятилетиями, а пробег порой достигает миллиона км.
• Мощность. ДВС всегда считались самыми мощными, однако уже сегодня есть электрокары, способные составить им достойную конкуренцию.
• Простое обслуживание. При том, что бензиновые моторы серьезно эволюционировали, их по-прежнему несложно обслуживать, даже у себя в гараже.
• Экономичность. “Аппетит” нового поколения моторов все время снижается и некоторые экземпляры могут похвастаться невероятной экономичностью (3-4 л. топлива на 100 км).
Основные недостатки
• КПД. У бензинового «движка» низкий коэффициент полезного действия, примерно 20-25%. То есть, польза от сгорания топлива, которая конвертируется в энергию, необходимую для движения всего 20-25%, остальные 80-75% — это просто потери, бесцельно сгоревшее топливо. Энергия уходит на обогрев, трение и многое другое, что нельзя исключить из-за конструктивных особенностей ДВС.
• Расход топлива. Небольшой расход — редкость для бензиновых моторов. На дорогах по-прежнему много тех, кто “ест” топливо в больших количествах. Внедорожники, микроавтобусы и большие премиум-седаны, все еще имеют расход выше 10 л. на 100 км.
• Экологичность. С этим у современные ДВС есть некоторые проблемы. Автопроизводители зажаты в жесткие «эко-рамки», при этом выхлопные газы все еще остаются одним из главных источников загрязнения атмосферы.
Дизельный двигатель
Относится к классу двигателей внутреннего сгорания, имеет ряд преимуществ перед бензиновым собратом, широко применяется на большегрузной технике. Изначально дизеля создавались для большой техники и тяжелой работы. Но спустя около ста лет, они приглянулись автогигантам.
Преимущества дизельных моторов
• Высокий КПД. Он гораздо выше по сравнению с бензиновым мотором и составляет от 30 до 50%.
• Недорогое топливо. Солярка всегда была дешевле бензина и когда дизельные моторы только появлялись на легковых авто, их обладатели, по сути, ездили «бесплатно. Но, после начала массового производства двигателей на тяжелом топливе по всему Миру, появился неслыханный спрос на ДТ, что привело к повышению его стоимости. Но при всех прочих, он по-прежнему дешевле бензина.
• Низкий расход топлива. Помимо того, что дизельные моторы “кушают” дешевое топливо, при равных объемах, (дизельный 2.0 и бензиновый 2.0), у первого будет расход ниже, чем у второго. Выходит, двойная выгода: в стоимости за литр, а также в расходе на 100 км.
• Мощность. Дизеля имеют прекрасную “тяговитость”, со старта они могут оставить позади бензиновых собратьев за счет крутящего момента.
Минусы дизелей
• Качество топлива. Форсунки — “Ахиллесова пята”, причем в наших широтах эта проблема очень актуальна из-за низкого качества топлива.
• Дорогое обслуживание и ремонт. Неисправность ТНВД или форсунок — самое плохое, что может случиться с дизелями. Стоимость ремонта будет высокой, а если это премиум бренд, то речь о тысячах и даже десятках тысяч у. е.
• Дорогое производство. Дизеля за счет конструктивных особенностей требуют больше производственных мощностей, поэтому их себестоимость выше, что сказывается на итоговом ценнике.
• Зимние проблемы. В климатах, где зимы суровые, дизеля — не лучший выбор. По своей природе ДТ содержит большое количество парафинов, которые зимой замерзают, доставляя массу неприятностей. Еще один “камень в огород” — длительный прогрев салона, без “систем-помощников”, сам по себе дизель зимой очень долго греется.
• Загрязнение ОС. Как и бензиновые моторы, дизеля загрязняют окружающую среду. Особенно это касается старых моделей, которые не имеют систем очистки выхлопа. Но, прогресс не стоит на месте и новые моторы демонстрируют отличные показатели.
Гибридный мотор
Когда эко-нормы ужесточились, а экологи массово забили тревогу, по всему Миру стали появляться альтернативы ДВС. Гибридная установка, состоящая из двигателя внутреннего сгорания и электромотора сама по себе не нова. Еще в 30-х годах подобные решения применялись на железных дорогах и на большегрузном транспорте. Технология непроста, но понятна. На ЖД, дизельный мотор работает как генератор, вырабатывая ток, электродвигатель преобразует эту энергию в крутящий момент и передает колесам. В серийных авто все несколько иначе. ДВС и электротяга работают по очереди, или одновременно. Например, до 40 км/час авто двигается исключительно на электротяге, а после этой отметки переходит на работу от ДВС, попутно заряжая батарею.
Преимущества гибридов
• Экономичность. На малых и средних скоростях гибриды демонстрируют неплохие показатели экономии. Они в два, а иногда даже в три раза экономичнее бензиновых моторов.
• Хороший КПД и отдача. Новые разработки и различные инновации позволяют гибридам обеспечивать хорошую производительность и при этом экономить топливо.
• Экологичность. Не сложно догадаться, что частичное использование электродвигателя существенно снижает уровень вредных выбросов. Поэтому гибрид обычно экологичнее бензиновых и дизельных моторов.
Минусы
• Сложное устройство. Гибриды все еще остаются чем-то неизведанным для большинства “сервисменов”. Найти хорошего мастера, способного выполнить качественное ТО или диагностику, очень непросто.
• Стоимость обслуживания. Из-за дефицита знаний и кадров, способных выполнить обслуживание и ремонт, содержать гибрид выходит дорого. Мастера, которые берутся за работу знают об этом, поэтому не стесняются ставить “космические” ценники за работу.
• Высокая себестоимость. Супер-технологии требуют больших затрат на производство, поэтому купить гибрид намного дороже по сравнению с аналогичным авто с дизельной или бензиновой установкой.
Электродвигатель (электромобиль)
В это трудно поверить, но 120 лет назад количество электромобилей составляло порядка 40% от всех авто, еще 40% транспорта имело паровой двигатель и только 20% от общего количества техники имели ДВС. Уже тогда электрокары без труда разгонялись до 100 км/час и проезжали на одном заряде более 100 км. Возникает вопрос: “Почему первые электромобили вымерли как динозавры?”. Ответ, на самом деле прост — слишком дорого, слишком сложно и немного не ко времени!
Во времена, когда нефти было как воды в реках, никто подумать не мог, что когда-нибудь она начнет заканчиваться, и какие-то электромобили, со сложной конструкцией, требующие больших затрат при производстве, станут будущим автопрома. Тогда никто не хотел развивать убыточное направление, оставив это потомкам.
Преимущества электромоторов
• КПД порядка 90%. Здесь что-либо добавить сложно, по сравнению с ДВС, такой КПД — просто фантастика.
• Недорогое ТО. По большому счету обслуживать нечего, это как мотор в “стиралке” — либо работает, либо нет. Если выходит из строя, то только из-за неправильной эксплуатации или перебоев в сети.
• Солидный ресурс. При условии бережной эксплуатации электромоторы служат долго и могут похвастаться приличным ресурсом.
• Экономия. Зарядить батарею выходит дешевле, нежели заправить полный бак, по итогу получаем экономию.
• Экология. Очевидно, что данный агрегат наиболее экологичен из всех, но есть нюансы. Например, электроэнергию, которая питает эти авто нередко получают путем сжигания угля, мазута, газа и т. д., поэтому абсолютно чистой эту энергию не назовешь. Выходит, что ОС загрязняется пусть и не самими электрокарами, но теми, кто обеспечивает их питанием. Также следует учесть процесс создания и утилизации батарей для них. При создании батарей в атмосферу попадает много вредных выбросов, а распад старых источников питания будет длиться тысячи лет, серьезно отравляя при этом окружающую среду.
Недостатки
• Стоимость. Цена электрокаров все еще высока и для многих неподъемная.
• Вес батарей достаточно большой, а срок их службы оставляет желать лучшего.
• На одном заряде, автомобили по-прежнему могут проехать не так много (200 км в среднем).
• Долгая зарядка. Для частичной подзарядки нужно около 40 минут, для полноценной зарядки — 7-10 часов.
• Дорогой ремонт. Если из строя выйдет электромотор или батарея, ремонт может оказаться настолько дорогим, что владелец скорее откажется от авто или продаст его вместо того, чтобы чинить.
Что в итоге?
Будущее, безусловно, за электрокарами, все больше производителей отказываются от ДВС в пользу электротяги. Но сегодня, цена авто с таким мотором достаточно велика, поэтому выгодной альтернативой по-прежнему остаются гибриды, а также дизели.
Дополнительная информация:
Капитальный ремонт двигателя: просто о сложном
Механика, автомат, вариатор, робот: в чем разница и что лучше выбрать?
Как узнать модель двигателя без VIN номера автомобиля?
Источник
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – автомобильный механизм, работа которого зависит от преобразования одного вида энергии (в частности, химической реакции от сгорания топлива) в другой вид (механическую энергию для запуска автомобиля).
В качестве достоинств двигателя внутреннего сгорания, которые определяют его широчайшее использование, отмечают: автономность, относительно невысокая стоимость, возможность использования на различных потребителях, многотопливность (двс могут работать на бензине, дизельном топливе, газе и даже на спирте и рапсовом масле). Так же к достоинствам можно отнести достаточно высокую надежность ДВС и неприхотливость в работе, простоту обслуживания.
При этом двигатели внутреннего сгорания обладают рядом недостатков: низкий коэффициент полезного действия, токсичность, шумность.
Однако по сочетанию своих достоинств и недостатков на сегодняшний день в транспортной сфере (в качестве автомобильных двигателей) серьезных конкурентов у двигателей внутреннего сгорания нет, и в ближайшее время не предвидится.
ДВС могут разделяться по нескольким категориям
По типу преобразования энергии:
- турбинные;
- поршневые;
- реактивные;
- комбинированные
По типу рабочего цикла:
- с 2-мя тактами цикла;
- с 4-мя тактами цикла
По типу топлива, которое используется:
- на бензине;
- на дизеле;
- на газе
Устройство ДВС
ДВС имеет достаточно сложное устройство, которое может быть оснащено:
- корпусом (блоком и головкой цилиндров);
- рабочими механизмами (кривошипно-шатунным и газораспределительным);
- различными системами (топливной, впускной, выпускной, смазки, зажигания, охлаждения и управления).
КШМ (кривошипно-шатунный механизм) обеспечивает движение возвратно-поступательного характера поршня и обратное вращательное движение вала.
Газораспределительный механизм предназначен для подачи топлива и воздуха в цилиндры, для вывода отработанной газовой смеси.
Топливная система предназначена для обеспечения автомобильного двигателя топливом.
Система впуска отвечает за своевременную подачу воздуха в ДВС, а система выпуска – за вывод отработанных газов, уменьшения уровня шума от работы цилиндров, а также снижения их токсичности.
Система впрыска обеспечивает доставку ТПС в двигатель ВС.
Система розжига (зажигания) выполняет функцию розжига смеси воздуха и топлива, которая поступает в ДВС.
Система смазки обеспечивает своевременную смазку всех внутренних частей и деталей двигателя.
Система охлаждения обеспечивает интенсивное охлаждение рабочей системы ДВС во время работы.
Система управления отвечает за контроль над слаженной работой всех важных систем ДВС.
Принцип работы ДВС
Двигатель работает на тепловой энергии газов, образующихся при сгорании используемого топлива, что в свою очередь запускает поршневое движение в цилиндре. ДВС работает циклически. Для того чтобы повторялся каждый последующий цикл, отработанная смесь удаляется, а в поршень поступает новая часть топлива и воздуха.
В современных моделях автомобилей используются двигатели, работающие на 4-х тактах. Работа такого двигателя основана на четырех равных по времени частях. Такт – это процесс, который осуществляется в цилиндре автомобильного двигателя за один рабочий ход (поднятие/опускание) поршня.
Поршень в цилиндре осуществляет четыре тактовых движения – два вверх и два вниз. Тактовое движение начинается с крайней точки (нижней или верхней) и проходит следующие этапы: впуск, сжатие, движение и выпуск.
Более детально рассмотрим особенности работы ДВС на каждом из тактов.
Такт впуска
Впуск начинается в крайней точке (МТ – мертвая точка). Не имеет значения, с какой точки начинается движение, с верхней МТ или нижней МТ. Начиная свое движение в цилиндре, поршень захватывает поступившую топливно-воздушную смесь при открытом клапане впуска. При этом ТВС может образовываться как во впускном коллекторе, так и в камере сгорания.
Такт сжатия
При сжатии клапаны впуска полностью закрыты, ТВС начинает сжиматься непосредственно в цилиндрах. Это происходит за счет обратного поршневого движения от одной МТ к другой. При этом ТВС сжимается до размера самой камеры сгорания. Сильное сжатие обеспечивает более продуктивную работу ВДС.
Такт движения (рабочий ход)
На данном такте осуществляется розжиг воздушно-топливной смеси. Это может быть как путем самовоспламенения (для дизельных двигателей), так и принудительным воспламенением (для бензиновых двигателей). Вследствие возгорания ВТС происходит быстрое образование газов, энергия которых воздействует на поршень, приводя его в движение. КШМ трансформирует поступательные поршневые движения во вращательные вала. Клапаны системы на такте движения, как и на такте сжатия должны быть полностью закрытыми.
Такт выпуска
На последнем такте выпуска происходит открытие всех выпускных клапанов, после чего газораспределительный механизм удаляет отработанные газы из ДВС в выпускную систему, где происходит очистка, охлаждение и снижение уровня шума. В конце происходит полный выброс газов в атмосферу.
После завершения такта выпуска, циклы повторяются, начиная с такта впуска.
Видео, в котором наглядно показывается устройство и работа двигателя внутреннего сгорания:
Источник