Как работают дизельный, бензиновый и инжекторный двигатели

Двигатель внутреннего сгорания — ключевой элемент транспортных средств. Понимание его устройства и работы помогает разобраться в функционировании автомобилей, мотоциклов и других механизмов. В статье рассмотрим основные виды двигателей: дизельные, бензиновые и инжекторные, а также их отличия и особенности. Эти знания углубляют техническую грамотность и способствуют осознанному выбору транспортного средства, а также пониманию его обслуживания и эксплуатации.

Немного истории

Принцип преобразования возвратно-поступательного движения в вращательное с помощью кривошипно-шатунного механизма был известен с 1769 года, когда француз Николя Жозеф Кюньо продемонстрировал первый паровой автомобиль. Этот двигатель использовал водяной пар, отличался низкой мощностью и выделял облака черного дыма. Такие машины применялись на заводах, фабриках, пароходах и поездах, а компактные версии стали техническими курьезами.

Ситуация изменилась, когда человечество обратило внимание на нефть как новый источник энергии. В поисках повышения энергетических свойств этого продукта ученые, проводя эксперименты по перегонке и дистилляции, получили бензин — прозрачную жидкость с легким желтоватым оттенком, которая сгорала без копоти и выделяла больше тепловой энергии, чем сырая нефть.

В это же время Этьен Ленуар создал первый газовый двигатель внутреннего сгорания, работающий по двухтактной схеме, и запатентовал его в 1880 году.

В 1885 году немецкий инженер Готтлиб Даймлер, совместно с Вильгельмом Майбахом, разработал компактный бензиновый двигатель, который через год начали использовать в первых моделях автомобилей. Рудольф Дизель, стремясь повысить эффективность двигателей внутреннего сгорания, в 1897 году предложил новую схему воспламенения топлива, где воспламенение происходит за счет нагрева рабочего тела при сжатии.

В 1903 году братья Райт осуществили первый полет на своем самолете с бензиновым двигателем Райт-Тейлор, который имел примитивную инжекторную систему подачи топлива.

Эксперты в области автомобильной техники отмечают, что дизельные, бензиновые и инжекторные двигатели имеют свои уникальные особенности и принципы работы. Дизельные двигатели, как правило, отличаются высокой эффективностью и экономичностью, благодаря использованию сжатия для воспламенения топлива. Это позволяет им достигать больших крутящих моментов на низких оборотах, что делает их идеальными для грузовых автомобилей и внедорожников.

Бензиновые двигатели, в свою очередь, работают на принципе искрового зажигания, что обеспечивает более плавный и быстрый разгон. Они часто используются в легковых автомобилях, так как обеспечивают хорошую динамику и высокую мощность. Инжекторные системы, которые могут быть как бензиновыми, так и дизельными, обеспечивают более точное дозирование топлива, что способствует снижению расхода и уменьшению выбросов вредных веществ. Таким образом, каждый тип двигателя имеет свои преимущества и недостатки, что делает выбор между ними зависимым от конкретных потребностей и условий эксплуатации.

БЕНЗИН ИЛИ ДИЗЕЛЬ? НАГЛЯДНО СРАВНИВАЕМ ДВА ТИПА ДВИГАТЕЛЕЙ.

Как это работает

Общее устройство двигателя и основные принципы его работы станут понятны при изучении одноцилиндровой двухтактной модели.

Такой ДВС состоит из:

• камеры сгорания;
• поршня, соединенного с коленвалом посредством кривошипно-шатунного механизма;
• системы подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси;
• клапана для удаления продуктов горения (выхлопных газов).

При пуске двигателя поршень начинает путь от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ), за счет поворота коленвала. Достигнув нижней точки, он меняет направление движения к ВМТ, одновременно с чем проводится подача топливно-воздушной смеси в камеру сгорания. Движущийся поршень сжимает ТВС, при достижении верхней мертвой точки система электронного зажигания воспламеняет смесь. Стремительно расширяясь, горящие пары бензина отбрасывают поршень в нижнюю мертвую точку. Пройдя определенную часть пути, он открывает выхлопной клапан, через который раскаленные газы покидают камеру сгорания. Пройдя нижнюю точку, поршень меняет направление движения к ВМТ. За это время коленвал совершил один оборот.

Данные пояснения станут более понятными при просмотре видео о работе двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы двигателя. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в 3D

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о работе дизельных, бензиновых и инжекторных двигателей:

1. Различие в сжатии: Дизельные двигатели работают на принципе самовоспламенения топлива, что требует высокого давления и температуры в цилиндре. Сжатие в дизельных двигателях может достигать 20:1, тогда как в бензиновых двигателях оно обычно составляет 10:1. Это позволяет дизельным двигателям быть более эффективными и экономичными, но также делает их более шумными и тяжелыми.

2. Инжекторные системы: Современные бензиновые двигатели часто используют инжекторные системы, которые обеспечивают более точное впрыскивание топлива в цилиндры. Это позволяет улучшить эффективность сгорания и снизить выбросы вредных веществ. Инжекторы могут работать как в режиме впрыска в впускной коллектор, так и в режиме непосредственного впрыска, что дополнительно оптимизирует процесс сгорания.

3. Турбонаддув: Многие дизельные двигатели оснащены турбонаддувом, который использует отработанные газы для повышения давления воздуха, поступающего в цилиндры. Это позволяет увеличить мощность двигателя без значительного увеличения его объема. В результате дизельные двигатели могут обеспечивать высокий крутящий момент при низких оборотах, что делает их идеальными для тяжелых автомобилей и грузовиков.

Общее устройство бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания

Два такта

Главным недостатком двухтактной конструкции, где поршень выполняет функцию газораспределительного элемента, является утечка рабочего вещества при удалении выхлопных газов. Необходимость принудительной продувки и высокие требования к термостойкости выхлопного клапана увеличивают стоимость двигателя. В противном случае достичь высокой мощности и долговечности силового агрегата сложно. Основные области применения таких двигателей — мопеды, бюджетные мотоциклы, лодочные моторы и бензокосилки.

Четыре такта

Описанных недостатков лишены четырехтактные ДВС, используемые в более «серьезной» технике. Каждая фаза работы такого двигателя (впуск смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск отработанных газов), осуществляется при помощи газораспределительного механизма.

Разделение фаз работы ДВС очень условно. Инерционность отработавших газов, возникновение локальных вихрей и обратных потоков в зоне выхлопного клапана приводит к взаимному перекрыванию во времени процессов впрыска топливной смеси и удаления продуктов горения. Как результат, рабочее тело в камере сгорания загрязняется отработанными газами, вследствие чего меняются параметры горения ТВС, уменьшается теплоотдача, падает мощность.

Проблема была успешно решена путем механической синхронизации работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. Проще говоря, впрыск топливно-воздушной смеси в камеру сгорания произойдет только после полного удаления отработанных газов и закрытия выхлопного клапана.

Но данная система управления газораспределением так же имеет свои недостатки. Оптимальный режим работы двигателя (минимальный расход топлива и максимальная мощность), может быть достигнут в достаточно узком диапазоне оборотов коленвала.

Развитие вычислительной техники и внедрение электронных блоков управления дало возможность успешно разрешить и эту задачу. Система электромагнитного управления работой клапанов ДВС позволяет на лету, в зависимости от режима работы, выбирать оптимальный режим газораспределения. Анимированные схемы и специализированные видео облегчат понимание этого процесса.

На основании видео не сложно сделать вывод, что современный автомобиль это огромное количество всевозможных датчиков.

Виды ДВС

Конструкция двигателя остается стабильной. Основные отличия заключаются в типах топлива, системах подготовки топливно-воздушной смеси и методах воспламенения.
Рассмотрим три ключевых типа:

1. карбюраторные бензиновые;
2. инжекторные бензиновые;
3. дизельные.

Бензиновые карбюраторные ДВС

Приготовление гомогенной (однородной по своему составу), топливно-воздушной смеси происходит путем распыления жидкого топлива в воздушном потоке, интенсивность которого регулируется степенью поворота дроссельной заслонки. Все операции по приготовлению смеси проводятся за пределами камеры сгорания двигателя. Преимуществами карбюраторного двигателя является возможность регулировки состава топливной смеси «на коленке», простота обслуживания и ремонта, относительная дешевизна конструкции. Основной недостаток – повышенный расход топлива.

Историческая справка. Первый двигатель данного типа сконструировал и запатентовал в 1888 году российский изобретатель Огнеслав Костович. Оппозитная система горизонтально расположенных и двигающихся навстречу друг другу поршней, до сих пор успешно используется при создании двигателей внутреннего сгорания. Самым известным автомобилем, в котором использовался ДВС данной конструкции, является Фольксваген Жук.

Бензиновые инжекторные ДВС

Процесс приготовления топливно-воздушной смеси (ТВС) происходит в камере сгорания двигателя, где топливо распыляется инжекторными форсунками. Управление впрыском осуществляется электронным блоком или бортовым компьютером автомобиля. Быстрая реакция системы на изменения в режиме работы двигателя обеспечивает стабильную работу и оптимальный расход топлива. Конструкция сложная, поэтому профилактические работы и наладка проводятся только на специализированных станциях технического обслуживания.

Дизельные ДВС

Приготовление топливно-воздушной смеси происходит непосредственно в камере сгорания двигателя. По окончании цикла сжатия воздуха, находящегося в цилиндре, форсунка проводит впрыск топлива. Воспламенение происходит за счет контакта с перегретым в процессе сжатия атмосферным воздухом. Всего лишь 20 лет назад низкооборотистые дизеля использовались в качестве силовых агрегатов специальной техники. Появление технологии турбонагнетания открыло им дорогу в мир легковых автомобилей.

Пути дальнейшего развития ДВС

Конструкторская мысль движется вперед. Основные направления развития двигателей внутреннего сгорания — повышение экономичности и снижение вредных веществ в выхлопных газах. Использование многослойных топливных смесей, а также разработка комбинированных и гибридных ДВС — начальные шаги к совершенствованию.

Сравнение эффективности и экологии различных типов двигателей

Эффективность и экологичность двигателей — это два ключевых аспекта, которые определяют выбор между дизельными, бензиновыми и инжекторными двигателями. Каждый из этих типов двигателей имеет свои особенности, которые влияют на их производительность, расход топлива и уровень выбросов вредных веществ.

Эффективность двигателей

Дизельные двигатели, как правило, более эффективны по сравнению с бензиновыми. Это связано с тем, что дизельное топливо имеет более высокую энергетическую плотность, что позволяет дизельным двигателям достигать большего крутящего момента при меньших оборотах. В результате, дизельные двигатели часто используются в грузовых автомобилях и других транспортных средствах, где важна высокая мощность и экономия топлива.

Бензиновые двигатели, в свою очередь, имеют более высокие обороты и обеспечивают лучшую динамику разгона. Однако их эффективность в плане расхода топлива обычно ниже, особенно при высоких нагрузках. Современные технологии, такие как прямой впрыск и турбонаддув, помогают улучшить эффективность бензиновых двигателей, но они все равно уступают дизельным в плане общего расхода топлива.

Инжекторные двигатели, которые могут быть как бензиновыми, так и дизельными, предлагают дополнительные преимущества благодаря более точному контролю впрыска топлива. Это позволяет оптимизировать процесс сгорания и, как следствие, повысить эффективность. Инжекторные системы могут значительно снизить расход топлива и улучшить характеристики двигателя, что делает их популярными в современных автомобилях.

Экологические аспекты

С точки зрения экологии, дизельные двигатели традиционно подвергаются критике за высокие выбросы оксидов азота (NOx) и частиц. Несмотря на то, что дизельные двигатели более экономичны, их влияние на окружающую среду может быть значительным, особенно в городских условиях. Современные технологии, такие как системы очистки выхлопных газов (например, селективное каталитическое восстановление), помогают снизить уровень вредных выбросов, но они требуют дополнительного обслуживания и могут увеличивать стоимость эксплуатации.

Бензиновые двигатели, как правило, выделяют меньше NOx и частиц, но их выбросы углекислого газа (CO2) могут быть выше, особенно в условиях низкой эффективности. В последние годы разработка гибридных и электрических автомобилей стала ответом на экологические вызовы, связанные с бензиновыми двигателями, что позволяет значительно сократить выбросы CO2.

Инжекторные системы, благодаря своей способности более точно контролировать процесс сгорания, могут значительно снизить выбросы как CO2, так и других вредных веществ. Это делает их более экологически чистым вариантом по сравнению с традиционными карбюраторными системами.

Заключение

В заключение, выбор между дизельным, бензиновым и инжекторным двигателем зависит от множества факторов, включая требования к мощности, экономии топлива и экологическим стандартам. Дизельные двигатели предлагают высокую эффективность, но могут иметь негативное влияние на экологию. Бензиновые двигатели обеспечивают лучшую динамику, но их эффективность может быть ниже. Инжекторные системы представляют собой компромисс, предлагая преимущества обоих типов двигателей, что делает их привлекательным выбором для современных автомобилей.

Вопрос-ответ

В чем разница между бензиновым и дизельным двигателем?

Разница между бензиновым и дизельным двигателями. Главное различие – в способе воспламенения топлива. И там, и там топливная смесь находится под давлением. В моторах на бензине она загорается от искры свечи зажигания, а дизель загорается от сильного и быстрого сжатия.

Почему в Европе отказываются от дизельных двигателей?

Это сделано в рамках программы сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу. Это связано, в первую очередь, с неэкологичностью использования дизельного топлива.

Как работает дизельный двигатель простыми словами?

Принцип работы дизельного двигателя следующий: в цилиндры поступает чистый воздух, который вследствие высокого сжатия нагревается до 700°С и более. После этого, при приближении поршня к верхней точке его траектории, в камеру сгорания под давлением подается горючее, которое воспламеняется при контакте с горячим воздухом.

В чем минус дизельного двигателя?

Маленькие недостатки дизеля: дизельное топливо содержит больше серы, чем бензин. Выхлопные газы обладают неприятным запахом.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите основы работы различных типов двигателей. Понимание принципов работы дизельных, бензиновых и инжекторных двигателей поможет вам лучше ориентироваться в их особенностях и преимуществах, что может быть полезно при выборе автомобиля.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на расход топлива и экологии. Дизельные двигатели обычно более экономичны, но могут иметь более высокий уровень выбросов. Бензиновые двигатели, в свою очередь, могут быть менее эффективными, но часто обеспечивают более низкие выбросы вредных веществ.

СОВЕТ №3

Регулярно проводите техническое обслуживание вашего автомобиля. Независимо от типа двигателя, регулярная замена масла, фильтров и других расходных материалов поможет продлить срок службы двигателя и улучшить его производительность.

СОВЕТ №4

Пробуйте разные виды топлива. Некоторые современные инжекторные двигатели могут работать на альтернативных видах топлива, таких как сжиженный газ или биоэтанол. Это может снизить затраты на топливо и уменьшить воздействие на окружающую среду.