Двигатели атмосферники что это

ТОП самых выносливых кроссоверов с атмосферными моторами

При выборе кроссовера прямой резон ориентироваться на двигатель — это самый дорогостоящий агрегат. Тем более если присматриваешь машину на вторичке.

Турбомоторы сложны и прихотливы и порой вытягивают немало денег на обслуживание и ремонт. В фаворе наиболее простые агрегаты — бензиновые атмосферные.

Хотя далеко не у всех современных атмосферников ангельский характер: те, что с непосредственным впрыском, весьма требовательны. И на пробег в полмиллиона километров далеко не все способны. Но можно выделить моторы с наилучшей репутацией.

Принцип работы

Понятие «атмосферный» говорит о том, что при горении топлива в цилиндрах принимает участие атмосферное давление. Атмосферники громоздкие и тяжёлые, поэтому конструкторы со временем нашли способ усовершенствовать их за счёт компрессоров или турбин. Тем не менее эти двигатели по-прежнему востребованы. Они устанавливаются на авто любого класса, но чаще всего на бюджетные легковые автомобили.

Будет также интересно: Признаки и устранение неисправностей датчика положения коленвала

Двигатель работает за счёт энергии, вырабатываемой при воспламенении смеси топлива с воздухом, профильтрованным через воздушный фильтр. Эта энергия взрыва толкает поршень вниз, заставляя коленчатый вал вращаться. Вращательные движения коленвала передаются через муфту сцепления и систему трансмиссии на вращение колёс.

Агрегат работает повторяющимися одинаковыми циклами, каждый из которых состоит из четырёх тактов:

1. Впуск воздушно-топливной смеси.
2. Сжатие.
3. Воспламенение.
4. Выпуск отработанных газов.

Во время такта впуска выпускной клапан закрыт, а впускной открыт. Смесь топлива с воздухом при этом всасывается через впускной клапан в цилиндр.

С завершением хода поршня вниз впускной такт заканчивается. Горючее с воздухом втягивается в цилиндр, начинает всё больше сжиматься при подъёме поршня вверх.

Когда поршень закончит свой ход вверх, через свечу зажигания проходит электрический ток, вызывая в нём искровой разряд, немедленно взрывающий горючую смесь. Энергия взрыва опускает поршень, заставляя коленчатый вал вращаться. Эта и есть та сила, которая вращает колёса.

При завершении хода поршня вниз открывается выпускной клапан. Так как поршень начинает опять идти вверх, отработанный газ выталкивается из цилиндра через выпускной клапан. Коленчатый вал приводится во вращение дважды, пока поршень проходит через все 4 такта.

Непрерывная работа двигателя образуется постоянным повторением этих тактов — вот что значит атмосферный двигатель.

Что такое турбированный двигатель и что это значит

Вы уже знаете, что в природе существуют обычные атмосферные двигатели, MPI моторы с распределенным впрыском топлива. Те же атмосферники, но конструкторы заморочились с дополнительными форсунками на каждый цилиндр (не путаем с непосредственным впрыском). Все они работают за счет всасывания воздуха самим силовым агрегатом. Давление во впускном коллекторе атмосферное, поэтому они так называются.

В конце 19, начале 20 века многие инженеры задумывались о повышении мощности за счет сжатия воздуха, подаваемого в камеры сгорания. Некий Альфред Бюхи в 1911 году запатентовал принцип турбонаддува. Он же смог впервые осуществить принудительное нагнетание воздуха в ДВС и увеличить его мощность на 120% . С того времени началась эра турбированных моторов.

Заканчиваем с историей, переходим к физике. Горение топлива в камерах цилиндров происходит с присутствием в них воздуха. Чтобы повысить мощность, нужно больше подать в них бензина. Но большое количество «горючки» не сможет воспламениться без повышенного количества кислорода, значит, его тоже нужно увеличить. А его увеличение возможно только за счет увеличение рабочего объема цилиндра. До определенного времени так оно и было. Безразмерно росли размеры двигателей – три, четыре, шесть литров с целью наращивания лошадиных сил.

Им пришлось научиться к моторам, с малым рабочим объемом, прикручивать турбину или компрессор. Кстати, разница между этими двумя понятиями есть, об этом я подробно писал в статье «Отличия и достоинства компрессора и турбины для автомобиля». Поэтому, не стоит путать эти два определения. Назначение одинаковые, но принципы работы разные.

Что дает турбина

Она увеличивает мощность силового агрегата. Пусть то будет бензиновый или дизельный ДВС. Мощность и крутящий момент с одного кубического сантиметра полезного объема цилиндра, возрастает в разы, в сравнении с «атмосферниками».

Кроме возросших лошадиных сил получаем экономию топлива, а соответственно – меньше вредных выбросов. Экологи испытывают экстаз. Есть свои недостатки, о них позже. Появилась проблема «турбоямы» – когда при резком нажатии на педаль газа на низких оборотах, автомобиль рычит, но не едет. Подхват начинается, когда мотор раскручивается до 2500-3000 оборотов в минуту. Это связано с особенностями работы турбины.

Конструктивные особенности атмосферного двигателя

Атмосферный дизельный или бензиновый двигатель, в силу невозможности затягивать больше воздуха, имеет слишком ограниченный порог увеличения мощности. Из-за того, что крутящий момент достигается ближе к максимальным оборотам, а диапазон момента слишком короток, это создает дискомфорт при движении в виде недостаточной тяги на малых и средних оборотах.

Автомобильные инженеры нашли выход благодаря следующим изобретениям:

Непосредственный впрыск

Топливо подается непосредственно в цилиндры под давлением 3 атмосферы. Смешивание воздуха и топлива происходит в цилиндре, что дает и топливную экономичность и прирост в мощности.

Фазовращатель

Чтобы крутящий момент смещался по ходу роста оборотов двигателя, были внедрены фазовращатели. Принцип работы состоит в следующем: при повышении оборотов коленвала возрастает давление в масляной системе, а под давлением масло давит на шестерни фазовращателя, смещая фазу.

Как итог – диапазон крутящего момента становится шире, а разгон – без провалов.

Впускной коллектор с изменяемой геометрией

Принцип работы заключается в изменении геометрии впускных каналов, а именно – их длины. Для малых оборотов воздух движется по длинной траектории, а в режиме средних и максимальных оборотов – по короткой.

Подобная конструкция позволяет достигать максимального крутящего момента с малых оборотов, обеспечивая плавное изменение момента.

Устройство атмосферника

Как устроен двигатель, можно рассмотреть на примере четырёхтактного атмосферного. По функциям детали мотора разделяются примерно на 4 группы:

1. Для обеспечения впуска и воспламенения топливно-воздушных смесей. К этой группе относятся головка блока цилиндров и клапанный механизм.
2. Детали для обеспечения сжатия воздушно топливной смеси. Эта группа состоит из поршней, поршневых колец, блока цилиндра, клапана.
3. Для передачи энергии мотора. В группе находятся шатуны, коленчатый вал, подшипники и маховики, их можно купить здесь: /uzp.net.ua/ru/podshypnyky/.
4. Детали для выработки искровых вспышек. Группу наполняют свечи зажигания и распределители.

Будет также интересно: Как правильно помыть двигатель своими руками

Взаимодействие этих деталей мотора обеспечивает главное вращение колёс.

Головка блока цилиндров

Это главная часть двигателя, расположенная непосредственно над блоком цилиндров. Она постоянно подвергается действию сгорающих газов, имеющих высокую температуру и давление. Деталь делают из листового железа или из сплава алюминия с высокопрочными и высокотемпературными добавками.

Основание головки блока цилиндра углублено, образует вместе с поршнем и цилиндром камеру сгорания. Коэффициент полезного действия двигателя сильно зависит от формы камеры сгорания, а также от расположения клапанов и свечей зажигания.

Клапаны и сопутствующие детали

Современные четырёхтактные двигатели имеют 4 клапана для каждого цилиндра: 2 впускных и 2 выпускных. Для обеспечения эффективного впуска впускной клапан имеет больший диаметр, чем выпускной. Они изготавливаются из высокотемпературного никеля или хромированной стали.

Каждый клапан имеет сопутствующие детали: седло и пружина, которая является спиральной и создаёт тесный контакт с седлом, предотвращая утечку газа. Обычно в двигателях используется одна пружина, но в некоторых видах устанавливают по 2 штуки для каждого клапана.

Когда клапан закрыт, седло находится в плотном контакте с его поверхностью, чтобы обеспечить непроницаемость камеры сгорания.

Блок цилиндров образует каркас двигателя. Совместно с поршнями блок цилиндров играет важную роль в обеспечении преодоления давления сжатия и сгорания. Для минимизации износа деталей и утечек газа внутренняя поверхность каждого цилиндра отделена под высокое давление хромированием.

Отверстие цилиндра делается круговым. Однако верхняя часть цилиндра и поршня благодаря высокому давлению и температуре страдает от износа. Позже зазор между поршневыми кольцами и цилиндром увеличивается, приводя к потерям сжатия.

Поршень мотора

Деталь двигается в цилиндре вверх и вниз под действием давления, образующего взрывами топливно-воздушной смеси. При этом поршень через поршневой палец и шатун вращает коленчатый вал. Сечение поршня не является правильным кругом: диаметр в направлении поршневого пальца делается немного меньше для утечки теплового расширения.

Будет также интересно: Из какого материала выбрать автоковрики

Головка поршня становится гораздо горячее и расширяется больше, чем юбка. Для компенсации разницы в тепловом расширении диаметр поршня вверху сделан меньше, чем внизу. Кольца препятствуют утечкам под давлением сжатия смеси через зазор между цилиндром и поршнем. Обычно каждый поршень имеет 3 кольца.

Шатун агрегата

Он связывает поршень с коленчатым валом так, что вертикальное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленвала. Поскольку шатун подвержен непрерывно действующим силам сжатия и растяжения, он должен быть довольно прочным и хорошо закреплённым, чтобы выдерживать эти нагрузки.

Коленчатый вал

Эта деталь преобразует через шатун прямолинейное движение каждого поршня во вращательное движение. Он состоит из шатунных шеек, которые передают силу поршней и валу, коленных шеек, регулирующих вращение вала и балансировочных грузов, обеспечивающих хорошее, сбалансированное вращение вала.

Коленвал вращается с большой скоростью, подвергаясь сильным нагрузкам от поршней, поэтому он должен быть довольно прочным и закреплённым, а также хорошо сбалансированным как статически, так и динамически.

Подводим итоги

Можно долго говорить о преимуществах турбированного или атмосферного, турбодизельного или электрического мотора в вашем автомобиле. Есть еще варианты гибридных и газовых установок, различные не столь популярные решения. Но популярность на рынке сохраняют машины с бензиновыми двигателями двух типов. Это атмосферники и турбодвигатели. Именно из этих агрегатов состоят основные продажи машин в России. И дело не в том, что российский покупатель не хочет использовать новые технологии и любит только классические варианты техники. Вопрос в том, что этот вариант надежный, качественный и никогда не подводит.

Именно поэтому львиная доля продаваемых в России машин сегодня на бензине. Но есть рост количества дизельных двигателей на дорогах, что говорит о некотором переосмыслении. По экологическим стандартам очень большой вопрос, что именно и как должно лучше влиять на природу. На самом деле, крайне сложно предугадать влияние выбросов от дизельного мотора и бензинового — все зависит от индивидуальных характеристик агрегата. Учитывая важность правильного выбора именно для вас, какой силовой агрегат вы выбрали бы без ограничений по сумме затраченных средств?

Преимущества и недостатки

Теперь, когда мы разобрались с тем, что значит атмосферный двигатель автомобиля, попробуем выделить его преимущества и недостатки. Сходу стоит сказать, что атмосферные двигатели используются и по сей день: именно такие устройства установлены на основной массе транспортных средств.

Они не отличаются конструкционной замысловатостью, однако для них характерен продолжительный эксплуатационный срок. Опыт говорит о том, что подобные двигатели могут обеспечивать прохождение примерно пятисот тысяч километров, после чего обычно им требуется ремонт.

В случае с турбированными двигателями срок эксплуатации меньше примерно в два раза. По данным сравнительного анализа, более простая конструкция существенно упрощает ремонтные процедуры, что выгодно отличает атмосферные двигатели от их аналогов с наддувом. Цены на основные запчасти и сервисные работы, направленные на устранение технических неполадок, сравнительно невысоки и ниже турбированного конкурента.

Естественно, достаточно очевидно, что столь «старая» система не может не иметь и некоторых минусов. Стоит отметить, что подобные моторы отличаются большими габаритами, в то время как по основным эксплуатационным показателям (мощности, крутящему моменту, динамике разгона) существенно уступают двигателям с наддувом.

Объясняется это достаточно просто: ввиду наружного забора воздушных масс схема питания атмосферного устройства не даёт возможности обеспечения необходимой пропорции (уже указанной выше: 1:14) на всех рабочих режимах.

Если упростить: на низких оборотах двигатель будет засасывать слишком малое количество воздушных масс, в то время как высоких эффективному забору воспрепятствует проходное сечение воздуховодов, а также сопротивление воздушного фильтра. Соответственно, эффективность работы существенно понижается.