Двигатель автомобиля: назначение и виды силовых агрегатов современных транспортных средств

Двигатель, пожалуй, можно назвать самой важной частью автомобиля. Ведь без двигателя автомобиль не сдвинется с места, но и без колес тоже далеко не уедешь, поэтому не будем делить автомобильные системы по важности, а просто попробуем узнать чуточку больше, об автомобильном двигателе.

Двигатель – это силовая установка, источник энергии автомобиля. Он используется для того чтобы машина могла выполнять свою основную функцию – перевозку грузов и пассажиров, но кроме этого, энергия, вырабатываемая двигателем, используется для обеспечения функционирования всех вспомогательных систем, например для работы кондиционера.

Впрочем, все вспомогательные системы, как правило, работают от электричества, вырабатываемого генератором или забираемой от аккумуляторов. А вот генератор как раз приводится в действие с помощью двигателя, передавая ему механическую энергию вращения вала.

Для обеспечения движения автомобиля так же используется механическая энергия вала двигателя, которая передается от двигателя на колеса через трансмиссию.

То есть, по сути, двигатель нужен для того, чтобы преобразовать какой-либо вид энергии в механическую энергию вращения вала, которая через систему механических связей передается на колеса, заставляя автомобиль двигаться.

Двигатель внутреннего сгорания

Когда мы говорим о двигателе автомобиля, то чаще всего представляем себе двигатель внутреннего сгорания, в качестве топлива для которого используется бензин, дизельное топливо, газ, а в последнее время пробуют и водород.

В двигателе внутреннего сгорания, как несложно догадаться, происходит преобразование энергии, выделяемой при сгорании легковоспламеняющихся веществ в механическую энергию. Конструкции двигателей внутреннего сгорания могут отличаться, бывают поршневые двигатели, роторные и газотурбинные.

Но принцип их работы остается неизменным. Энергия, выделяемая при сгорании топлива, в конечном итоге преобразуется в механическую энергию вращения вала двигателя и через систему механических связей передается на колеса, заставляя их вращаться.

Основной недостаток двигателей внутреннего сгорания их неэкологичность. При сжигании топлива выделяется много вредных веществ. Исключение в этом составляет водород, продуктом горения которого является обыкновенная вода, но проблема с его использованием на сегодняшний день заключается в дороговизне, хотя вероятно, что в будущем это будет основной вид топлива.

Но двигатели внутреннего сгорания – не единственные автомобильные двигатели.

Электро-двигатель

Существуют машины, которые используют в качестве исходной энергии – электричество. Наиболее популярный и близкий к автомобилю вид транспорта, работающий на электричестве – это всем известный троллейбус.

Но полноценным автомобилем его не назовешь, поскольку двигаться троллейбус может только лишь вдоль натянутых проводов, от которых он запитывается электричеством.

Но вы наверняка слышали о машинах, которые называются электромобилями. Электромобили – это автомобили, в которых в качестве силового агрегата используется электродвигатель.

Электродвигатель, как вы понимаете, работает от электрической энергии, которую он получает, как правило, от аккумуляторных батарей.

Электромобили, по сравнению с автомобилями, использующими двигатели внутреннего сгорания, имеют массу преимуществ.

Они экологичны, практически бесшумны (что не всегда плюс), быстро набирают скорость, им не нужна коробка скоростей можно даже обойтись без трансмиссии, если поставить двигатели на каждое из колес. То есть такие автомобили могли бы быть намного дешевле, чем автомобили с ДВС, если бы стали массовыми.

Но есть два существенных момента, которые очень сильно ограничивают применение электродвигателей на современных автомобилях. До сих пор не придумали аккумуляторов, которые бы могли запасти в себе достаточное количество электрической энергии.

То есть запас хода электромобиля сегодня ограничен несколькими десятками километров. Если не включать фары, магнитолу, кондиционер, то можно и до сотни километров проехать, но все равно это очень мало. Примерно в 5-6 раз меньше, чем на одной заправке бензином. Впрочем, над этим разработчики постоянно работают и возможно, что когда вы читаете эти строки, уже существует электромобиль с запасом хода более 500 км.

Но даже малый запас хода был бы не так страшен, если бы не время, требуемое на перезарядку аккумуляторов. Если заправка бензином, дизтопливом или газом занимает 5-10 минут, то аккумуляторы придется заряжать часов 12, а то и сутки.

Поэтому, пока электромобили могут использоваться лишь для непродолжительных поездок по городу, после чего всю ночь на зарядке.

Гибридные силовые агрегаты

Но преимущество электродвигателей над ДВС настолько велико, что желание их использовать хотя бы частично привело к появлению гибридных силовых установок, которые сегодня достаточно активно используются на автомобилях.

Гибридные силовые установки – это объединенные на одном автомобиле двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель (как правило, их 4, по одному на каждое колесо). Такие автомобили называют гибридными.

Существуют три схемы гибридных установок.

В первой энергия ДВС используется исключительно для выработки электрической энергии при помощи генератора. А уже от генератора энергия передается на зарядку аккумуляторов и на электродвигатели, обеспечивающие вращение колес.

Но более популярна другая схема. Во второй схеме привод на колеса осуществляется как от ДВС, так и от электродвигателей. ДВС и электродвигатели могут использоваться как самостоятельно, так и вместе.

Третий вариант – это сочетание первого и второго.

Вот такие они двигатели автомобиля, разнообразные и неоднозначные. Более подробно свойства, принцип работы, детали мы разберем в будущих публикациях.

Принцип работы и особенности конструкции двигателя внутреннего сгорания

Сегодня на автомобилях используются различные по своей конструкции двигатели внутреннего сгорания, которые могут оснащаться турбинами, что обеспечивает повышение мощности и великолепную топливную экономичность.

Сердцем любого автомобиля является двигатель внутреннего сгорания, который отвечает за динамические характеристики машины, ее мощность и приёмистость. Сегодня на современных автомобилях используются различные типы двигателей, атмосферные и турбированные агрегаты, которые могут работать на бензине, дизеле и других видах топлива. Поговорим поподробнее о том, какие существуют двигатели внутреннего сгорания, опишем их конструкцию и расскажем о работе силовых агрегатов.

Разновидности двигателей внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой агрегат, в котором происходит сгорание топлива, что позволяет преобразовать энергию в механическую силу, приводящую в движение колёса автомобиля. На сегодняшний день распространение получили следующие типы двигателей внутреннего сгорания:

1) поршневые агрегаты;

2) газотурбинные двигатели;

3) роторно-поршневые ДВС.

Самым популярным типом силовых агрегатов являются поршневые двигатели, которые могут выполняться атмосферными или дополнительно оснащаются турбинами, обеспечивающими отличную мощность и великолепные топливно-экономичные характеристики. Если в прошлом наибольшим спросом пользовались многолитровые атмосферные двигатели, то сегодня большинство автопроизводителей переходят на турбированные агрегаты, рабочий объем которых составляет не более 2-2,5 литров, а мощность может достигать 300 лошадиных сил.

К преимуществам поршневых двигателей можно отнести следующее:

1) относительная простота конструкции;

2) надежность и долговечность;

3) универсальность использования;

4) лёгкость ремонта.

Основным недостатком атмосферных двигателей являлся их существенный вес и посредственные показатели топливной экономичности, которые сочетались с небольшой мощностью таких агрегатов. Решить проблемы удалось путём установки сразу нескольких небольших по своему размеру турбин, что исключает возникновение турбоямы, то есть провала мощности на низких оборотах, при этом такой мотор потребляет меньше топлива, имеет легкий вес и отличается великолепной мощностью.

В зависимости от своего вида топлива принято разделять бензиновые, дизельные, газовые и спиртовые агрегаты. Последнее не получили должного распространения и встречаются преимущественно в Латинской Америке. Наибольшим спросом изначально пользовались бензиновые двигатели, которые многие автовладельцы в целях экономии переводили на газ. Однако сегодня наибольшую популярность получили дизельные моторы, которые одновременно мощные, отличаются великолепной топливной экономичностью, и при этом на них удалось решить проблемы с повышенной шумностью и существенной вибрацией.

В восьмидесятых и девяностых годах многие автопроизводители пытались выпускать свои машины с газотурбинными и ротор-поршневыми двигателями, однако такие моторы в силу сложности своей конструкции не получили должного распространены на рынке. Сегодня они, если и встречаются, то в Японии и странах Азии, а в Европе и России являются настоящей экзотикой.

Особенности конструкции

Современный двигатель внутреннего сгорания полностью управляется автоматикой и может существенно отличаться своей конструкцией. Стандартные агрегаты включают следующие блоки и узлы:

1) система управления;

2) выхлопная система и охлаждение;

3) зажигание в бензиновых моторах;

4) система смазки агрегата;

5) впуск и топливная система;

6) кривошипно-шатунный механизм;

7) газораспределительная система.

Корпус двигателя будет состоять из головки блока цилиндров, сверхпрочного блока цилиндров, а также кривошипно-шатунного механизма, который превращает движение коленвала во вращение привода и колес. С каждым годом конструкция двигателей неизменно усложняется, что является веянием времени, так как необходимо обеспечить улучшение топливно-экономических показателей, повысить мощность агрегатов, одновременно снизив их токсичность выхлопа.

Более 99% используемых на автомобилях ДВС являются четырехтактным, что позволяет обеспечить ровную работу агрегата, без провала мощности и выраженной детонации. Принцип их работы основывается на расширении газов при сгорании, что позволяет приводить в движение коленвал двигателя. В течение первых двух тактов – впуска и сжатия поршень будет двигаться вниз, а в последующем на рабочем ходу и выпуске происходит его быстрое движение вверх. Работа всех цилиндров полностью согласована, что позволяет обеспечить нужную мощность и ровное без провалов вращение коленвала, то есть двигатель выдает крутящий момент на коробку передач и далее на ведущие колёса.

В последние годы существенно усложнилась конструкция впрыска, который состоит из специальных форсунок, обеспечивающих веерное распыление топлива с каплями размером в несколько микрон. Только так удается обеспечить полное сгорание топлива, соответственно улучшается отдача мотора и сокращается расход бензина и дизеля. Вся работа как впрыска, так и в целом двигателя управляется многочисленными электронными блоками, которые получают сигналы от десятков и сотен всевозможных датчиков.

Именно такое усложнение конструкции, которое в особенности отмечается на турбированных агрегатах, привело к тому, что существенно ухудшились показатели ресурса двигателей, если ранее возможен был самостоятельный ремонт, то сегодня машину при любых неисправностях приходится отгонять в сервис. Надежность двигателей пострадала, поэтому редко какой мотор может выдержать без капитального восстановления 200-300 тысяч километров. Тогда как ранее атмосферные моторы могли пробежать 1 000 000 километров и более.

Современные двигатели крайне критичны к качеству и регулярности выполнения сервиса. Если автовладелец пренебрегает рекомендациями производителя авто или использует не слишком качественное масло и антифриз, то в скором времени появляются серьезные проблемы, устранение которых может обойтись в круглую сумму. То же самое касается качества топлива. Стоит несколько раз заправиться на АЗС с сомнительным бензином, как инжектор и форсунки начинают неправильно работать, появляется детонация, выраженная дрожь, а в скором времени автовладельцу приходится посещать сервис, меняя при этом дорогостоящие вышедшие из строя элементы впрыска.

Выводы

Сердцем любого автомобиля является двигатель внутреннего сгорания, который может выполняться атмосферным и турбированным, работать на бензине или дизеле. Современные моторы полностью управляются электроникой, они экономичны, одновременно имеют небольшой объем, с которого удаётся снять более 100 лошадиных сил с литра рабочего объема. Автовладельцу лишь необходимо обеспечить соответствующий правильный сервис агрегата, что и станет залогом беспроблемности эксплуатации авто и отсутствия серьезных поломок.

Виды трансмиссий: преимущества и недостатки

Трансмиссия – это совокупность механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, а также регулировки величины тяги по мере изменения условий движения. Основными составляющими узла являются:

• Система сцепления;
• Коробка передач;
• Ведущий мост;
• Дифференциал.

Данные компоненты позволяют автомобилю перемещаться в любом направлении и на различной скорости в пределах установленного диапазона.

Какие виды трансмиссии бывают?

По типу привода

По данному критерию различают три вида узлов: с передним, задним, полным приводом.

Передний привод

В переднеприводной компоновке все составляющие трансмиссии помещаются под капотом авто, образуя большую систему механизмов. Мотор имеет повышенный КПД, что достигается за счет малого расстояния между силовым агрегатом и ведущими колесами. Небольшие размеры деталей и отсутствие карданного вала обеспечивают дополнительное пространство в салоне. Плюс автомобили с ведущей передней осью легче, более чувствительные в управлении.

Недостатки переднего привода:

• Ощутимые вибрации от двигателя, независимо от его типа;
• При резком трогании с места передние колеса начинают буксовать;
• Большой радиус разворота за счет совмещения рулевого управления и шарнира равных угловых скоростей.

Задний привод

Энергия передается от двигателя на заднюю ось и задние колеса. Данный тип трансмиссии обеспечивает хорошую динамическую нагрузку, что улучшает проходимость автомобиля на низкокачественных дорогах, повышает управляемость авто на заносах и позволяет быстро ускоряться без лишней блокировки руля. Заднеприводная компоновка заняла нишу в спорткарах, автомобилях для экстремальных гонок и соревнований по дрифту.

Карданный вал в задней части добавляет веса машине, но не сказывается на динамике разгона. Плюс работа двигателя не сопровождается вибрациями, что обусловлено продольным расположением и установкой двигателя непосредственно на смягчающие компоненты.

Основным недостатком заднего привода является сокращение полезного пространства в салоне из-за применения тоннелей, необходимых для установки карданного вала. Также по отзывам водителей, на автомобиле с ведущим задним мостом сложно ездить по бездорожью.

Полный привод

В полноприводных автомобилях крутящий момент одновременно подается на переднюю и заднюю ось, что делает все колеса ведущими. Это придает следующие преимущества:

• Повышенная проходимость машины за счет равномерного распределения нагрузок между всеми колесами;
• Высокая курсовая устойчивость;
• Минимальный риск пробуксовки;
• Опция переключения на передний или задний привод для экономии топлива при нормальных условиях езды.

Компоновка обычно используется во внедорожниках, кроссоверах или других кузовах автомобилей, рассчитанных на езду по бездорожью или регулярное движение по плохим дорогам.

Минусы полного привода носят только финансовый характер. Данный вид трансмиссии имеет повышенный расход топлива и дорогой в ремонте, что обусловлено сложностью устройства.

По типу коробки передач

Механическая

Механическая трансмиссия – это тип узла, предполагающий смену режима езды путем ручного перемещения рычага с выжимом педали сцепления. Для передачи крутящего момента используются зубчатые шестерни и фрикционные элементы. Количество ступеней варьируется от 4 до 6 и более (наиболее распространенная 5-ступенчатая конфигурация). Несмотря на то, что это первый вид КПП, он остается востребованным до сих пор.

К преимуществам механической коробки относятся:

• Высокий КПД;
• Рациональный расход топлива и масла;
• Ремонтопригодность;
• Дешевизна обслуживания;
• Возможен запуск накатом, буксировка (особенно важно для сурового российского климата).

• Невозможность плавной смены скорости;
• Сложность управления для новичков;
• Неудобная смена режима на загруженных дорогах (например, в мегаполисах);
• Преждевременная усталость водителя из-за постоянных переключений рычага и нажатия педали сцепления.

Роботизированная

Коробка-робот – это механическая КПП с автоматическим переключением передач. Как и в обычной механике, конструкция включает в себя валы, диск сцепления и корзину, при этом педаль сцепления отсутствует. Смена режима езды происходит за счет встроенных серво или электронных приводов.

• Водителю не нужно перемещать рычаг и выжимать педаль сцепления;
• Роботизированная коробка стоит дешевле классического автомата;
• Топливная экономичность;
• Возможность езды накатом, буксировки.

В сравнении с классическим автоматом, роботизированная КПП имеет следующие недостатки:

• Переключение передач происходит с опозданием (производители уже решают эту проблему при помощи преселективной коробки с двумя сцеплениями);
• Смена режима езды сопровождается толчками;
• Незначительный откат назад при старте с места;
• Склонность блока управления (сервомеханизмов) к поломкам.

Гидромеханическая (классическая)

Это обычная в нашем представлении коробка-автомат, предполагающая самостоятельную смену скоростей при минимальном участии водителя. От автовладельца требуется только нажимать на педаль газа под определенным усилием и переводить рычаг в другое положение при смене режима (задний ход, парковка, нейтралка и др.).

В АКПП вместо привычного сцепления используется гидротрансформатор, установленный отдельно от КПП. Данное устройство передает давление трансмиссионной жидкости из одной крыльчатки на другую, обеспечивая плавную смену скоростей во время движения.

Преимущества коробки автомат:

• Простота вождения для новичков;
• Отсутствие рывков, толчков при смене режима езды (при исправном техническом состоянии);
• Исключен отказ назад при старте с места на горке;
• Продление срока службы силового агрегата, трансмиссии;
• Водителю не приходится отвлекаться на ручное переключение передач, что делает езду безопасной и комфортной;
• Непрерывная передача крутящего момента, упрощающая управление автомобилем.

Вариатор (бесступенчатая КПП)

Крутящий момент передается на мост автомобиля при помощи ремня (цепи). Передаточное отношение регулируется по мере изменения диаметра шкива, величина которого определяется усилием при нажатии педали акселератора.

• Плавная смена скоростного режима;
• Отсутствие толчков или рывков при переключении передачи;
• Возможность использования на малолитражных двигателях.
• Минимальный расход топлива.

Из минусов можно отметить только дорогостоящее обслуживание и медленный разгон автомобиля. Также стоит помнить о мерах предосторожности:

• Старт с места должен быть плавным, без резких нажатий педали газа (для предупреждения буксировки);
• Буксировка тяжелых прицепов приводит к сокращению ресурса ремня;
• Не совместим с моторами большой мощности из-за ограничений крутящего момента.

Гидростатическая

Конструкция данных трансмиссий позволяет передавать мощность мотора к рабочим устройствам, находящимся на дальних расстояниях. Разновидность нашла широкое применение в дорожно-строительных машинах, металлорежущих станках, плавсредствах, а также других видах техники, для которой требуется большое передаточное число.

Оборудование имеет повышенные требования к качеству трансмиссионной жидкости.

Гидравлическая

За каждую передачу отвечает отдельная гидромуфта, что позволяет передавать крутящий момент наибольшей величины без вибраций и рывков. Трансмиссия в основном используется на железнодорожной технике.

Электромеханические

Этот вид трансмиссии работает в паре с электрическим двигателем. Основными компонентами являются: генератор тока, система управления, электропроводка для соединения рабочих узлов. Отдельные модели применяются в с/х, морской технике, общественном транспорте и др.

Все виды трансмиссий в разной степени склонны к поломкам. При выявлении признаков некорректной работы КПП обращайтесь в компанию Avir Group. Мы специализируемся на ремонте трансмиссий грузовых автомобилей, пассажирского транспорта и различных видов спецтехники.
Вас может заинтересовать: