Вграден двигател: видове, устройство, предимства и недостатъци

2024 Автор: Erin Ralphs | [email protected]. Последно модифициран: 2024-02-19 12:28

Двигателят с вътрешно горене е един от най-простите двигатели. Тези единици се наричат такива, защото цилиндрите са подредени в редица. Буталата карат един колянов вал да се върти, когато двигателят работи. Редовният двигател беше един от първите, инсталирани на автомобили. Те са проектирани и построени в зората на автомобилната индустрия.

Как започна всичко?

Прародителят на съвременния редови двигател с вътрешно горене е едноцилиндров двигател. Проектиран и построен от Етиен Леноар през 1860 г. Общоприето е, че това е така, въпреки че имаше опити за получаване на патент за този двигател още преди Lenoir. Но именно неговото развитие е възможно най-подобно на тези дизайни, които в момента са инсталирани под капаците на повечето бюджетни серийни леки автомобили.

Двигателят имаше само един цилиндър, а мощността му беше равна на 1,23 конски сили, огромна по това време. За сравнение, модерната "Oka" 1111 е с два цилиндъра и мощността му е от 30 до 53 конски сили.

По-голям и по-мощен

Идеята на Леноар се оказа брилянтна. Много инженери и изобретателипрекарали години и усилия, опитвайки се да подобрим двигателя колкото е възможно повече (разбира се, на нивото на техническите възможности, които съществуваха по това време). Основният акцент беше поставен върху увеличаването на мощността.

В началото вниманието беше съсредоточено върху един-единствен цилиндър - те се опитаха да увеличат неговия размер. Тогава на всички изглеждаше, че с увеличаване на размера можете да получите повече мощност. А увеличаването на обема тогава беше най-лесно. Но един цилиндър не беше достатъчен. Трябваше значително да увелича останалите детайли - биел, бутало, блок.

Всички тези двигатели се оказаха много нестабилни, имаха голяма маса. По време на работа на такъв двигател имаше огромна разлика във времето между циклите на запалване на сместа. Буквално всеки детайл в такъв агрегат тракаше и се тресеше, което накара инженерите да измислят решение. И те оборудваха системата с балансьор.

Път в задънена улица

Скоро на всички стана ясно, че изследването е стигнало до задънена улица. Двигателят на Lenoir не можеше да работи нормално и правилно, тъй като съотношението на мощност, тегло и размер беше ужасно. Беше необходима много допълнителна енергия, за да се увеличи отново обемът на цилиндъра. Мнозина започнаха да смятат идеята за създаване на двигател за колапс. И хората пак щяха да карат коне и каруци, ако не беше едно техническо решение.

Конструкторите започнаха да осъзнават, че е възможно да се върти коляновия вал не само с едно бутало, но и с няколко наведнъж. Най-простото беше производството на редови двигател - добавиха още няколко цилиндъра.

Светът можеше да види първия четирицилиндров агрегат в края на 19-ти век. Невъзможно е да се сравни мощността му с модерен двигател. Въпреки това, по отношение на ефективността, той беше по-висок от всички други свои предшественици. Мощността беше увеличена поради увеличения работен обем, тоест чрез добавяне на цилиндри. Доста бързо специалисти от различни компании успяха да създадат многоцилиндрови двигатели до 12-цилиндрови чудовища.

Принцип на действие

Как работи ICE? Освен че всеки двигател има различен брой цилиндъра, редови двигател с шест или четири цилиндъра работи по същия начин. Принципът се основава на традиционните характеристики на всеки двигател с вътрешно горене.

Всички цилиндри в блока са подредени в един ред. Коляновият вал, задвижван от бутала поради енергията на изгаряне на горивото, е единственият за всички части от групата цилиндър-бутала. Същото важи и за главата на цилиндъра. Той е единствен за всички цилиндри. От всички съществуващи редови двигатели могат да се разграничат балансирани и небалансирани конструкции. Ще разгледаме и двете опции по-долу.

Баланс

Важно е поради сложната конструкция на коляновия вал. Необходимостта от балансиране зависи от броя на цилиндрите. Колкото повече от тях в даден ICE, толкова по-голям трябва да бъде балансът.

Небалансиран двигател може да бъде само този дизайн, при който няма повече от четири цилиндъра. В противен случай по време на работа ще се появят вибрации, чиято сила ще може да унищожи коляновия вал. Дори евтини шестцилиндрови двигателис балансьор ще бъде по-добре от скъпите редови четворки без балансиращи валове. Така че, за да се подобри баланса, редови двигател с четири бутала понякога може да изисква и инсталиране на успокояващи валове.

Позиция на двигателя

Традиционните четирицилиндрови агрегати обикновено се монтират надлъжно или напречно под капака на автомобил. Но шестцилиндровият агрегат може да се монтира само надлъжно и нищо повече (с изключение на някои модели Volvo и автомобили Chevrolet Epica).

Редовният двигател с вътрешно горене, който има асиметричен дизайн по отношение на коляновия вал, също има функции. Често валът се прави с компенсиращи отливки - тези отливки трябва да амортизират инерционната сила, произтичаща от работата на буталната система.

Inline-6 днес вече има по-малко популярност - за всичко е виновен значителният разход на гориво и големите габаритни размери. Но въпреки дългия цилиндров блок, двигателят е перфектно балансиран.

Предимства и недостатъци на уреда

Освен няколко нюанса, редовите двигатели с вътрешно горене имат същите предимства и същите недостатъци като повечето V-образни двигатели и двигатели с други конструкции. Четирицилиндровият двигател е най-разпространеният, най-простият и най-надежден. Масата е сравнително лека, разходите за ремонт са сравнително ниски. Единственият недостатък е липсата на балансиращи валове в дизайна. Това е най-добрият двигател с вътрешно горене за съвременните автомобили, дори средния клас. Има и редови двигатели с малък капацитет с по-малкоброя на цилиндрите. Като пример, двуцилиндровият икономичен SeAZ Oka 1111.

Шестцилиндровите агрегати имат перфектен баланс и тук липсата на "четворка" е компенсирана. Но има цена, която трябва да се плати за баланса. Следователно, въпреки значително по-добрите характеристики в сравнение с "четворката", тези двигатели с вътрешно горене с редово разположение на цилиндрите в двигателя са по-рядко срещани. Коляновият вал е дълъг, производствената цена е доста висока, а размерите са сравнително големи.

Техническо ограничение

Сега не е 19-ти век, но съвременните силови агрегати все още са далеч от техническото съвършенство. И тук дори съвременните турбини и високооктановото гориво няма да помогнат. Ефективността на двигателя с вътрешно горене е около 20%, а цялата друга енергия се изразходва за триене, инерция и детонация. Само една пета от бензина или дизела ще отиде за полезна работа.

Вече разработени основните свойства на двигателите с най-голяма ефективност. В същото време горивните камери и буталната група имат значително по-малки обеми и размери. Поради компактния размер, частите имат по-малка инерция - това намалява вероятността от повреда поради детонация.

Конструктивните характеристики на компактните бутала въвеждат определени ограничения. При висока степен на компресия, поради малкия размер, предаването на налягането на буталото към свързващия прът се намалява. Ако буталата имат по-голям диаметър, тогава е невъзможно да се получи точна балансирана работа поради огромната сложност. Дори модерен двигател на BMW има такиванедостатъци, въпреки че е разработен от немски инженери.

Заключение

За съжаление, двигателостроенето е достигнало своя технологичен лимит. Малко вероятно е учените да направят сериозни технически открития и да постигнат по-голяма ефективност от двигател с вътрешно горене. Така че всички се надяват, че ще дойде ерата на електрическите превозни средства.