Что значит атмосферный двигатель и как устроен атмосферник

Чем отличается атмосферный двигатель от турбированного

Известно, что от объема воздуха, подаваемого в цилиндры, зависит качество сгорания топлива и количество энергии, толкающей поршни. Чем объемнее мотор, тем большую мощность и крутящий момент развивает атмосферник.

В отличие от турбированных, в атмосферных двигателях не предусмотрено принудительное втягивание воздушных потоков под давлением. Атмосферники характеризуются надежностью, они устойчивы к возникновению детонации. Благодаря применению смазочных жидкостей, изготовленных на синтетической основе, существенно снижены потери на преодоление сил трения. Вследствие усовершенствования регулировок фаз газораспределения, производится сверхточный впрыск топлива под управлением электронной системы.

С целью улучшения технических характеристик двигателя применяются модели с цилиндрами больших рабочих объемов в количестве от 6 до 12 штук. Однако, увеличение объема в отрасли двигателестроения не всегда считается целесообразным, т. к. это приводит к утяжелению конструкции.

Компрессорные двигатели

Компрессор на двигателе – это своего рода механический нагнетатель, который приводится в движение ременным приводом. Это значит, чем выше будут обороты двигателя, тем больше мощности он получит. Компрессор не только подает топливно-воздушную смесь в цилиндры под давлением, но и продувает их, когда впускной и выпускной клапан находятся в положении наполовину открытия и закрытия. Таким образом, компрессор не только увеличивает мощность, но и прочищает цилиндры, что позволяет двигателю постоянно работать на максимуме своих возможностей.

Недостатком компрессора является то, что он эффективно себя показывает только на двигателях большого объема. Следовательно, об экономичности такого двигателя также следует забыть.

Большинство современных автомобилей с завода оснащены турбиной, которая, как минимум на 10% способна увеличить мощность двигателя, не в ущерб расходу топлива. Безусловно, турбированные моторы – это большой шаг вперед, так как при небольшом объеме двигателя можно получить довольно высокую мощность. Но, как и любая другая доработка, турбированные моторы имеют как свои преимущества, так и .

Представьте себе одну из неприятнейших ситуаций, которая может приключиться абсолютно с каждым автомобилистом: вы подходите к своему автомобилю, двигатель и кондиционер которого активированы с помощью сигнализации с автозапуском, надеетесь на то, что салон уже успел прогреться. Но попав в машину, понимаете, что не все так сладко. Вроде бы, все работает, но поток воздуха совсем уж слабый. Что .

Если в вашей семье ожидается пополнение, либо же оно уже произошло, тогда данная статья будет особенно актуальна для вас. Мы поговорим о том, как правильно установить детское кресло в салоне автомобиля, но прежде, чем мы перейдем к технической части, давайте поговорим немного о том, для чего же все-таки созданы детские автокресла, и можно ли обойтись без .

Турбированные двигатели и «атмосферники»: главные отличия

Для начала немного истории и теории. В основу работы любого ДВС положен принцип сгорания топливно-воздушной смеси в закрытой камере. Как известно, чем больше воздуха удается подать в цилиндры, тем больше горючего получается сжечь за один цикл. От количества сгоревшего топлива будет напрямую зависеть количество высвобождающейся энергии, которая толкает поршни. В атмосферных моторах забор воздуха происходит благодаря образованию разрежения во впускном коллекторе.

Другими словами, мотор буквально «засасывает» в себя наружный воздух на такте впуска самостоятельно, а объем поместившегося воздуха зависит от физического объема камеры сгорания. Получается, чем больше рабочий объем двигателя, тем больше воздуха он может уместить в цилиндрах и тем большее количество топлива получится сжечь. В результате мощность атмосферного ДВС и крутящий момент сильно зависят от объема мотора.

Принципиальной особенностью двигателей с нагнетателем является принудительная подача воздуха в цилиндры под определенным давлением. Данное решение позволяет силовому агрегату развивать больше мощности без необходимости физически увеличивать рабочий объем камеры сгорания. Добавим, что системами нагнетания воздуха может быть как турбина (турбокомпрессор), так и механический компрессор.

На практике это выглядит следующим образом. Для получения мощного мотора можно пойти двумя путями:

• увеличить объем камеры сгорания и/или изготовить двигатель с большим количеством цилиндров;
• подать в цилиндры воздух под давлением, что исключает необходимость увеличивать камеру сгорания и количество таких камер;

С учетом того, что на каждый литр топлива требуется около 1м3 воздуха для эффективного сжигания смеси в ДВС, автопроизводители по всему миру долгое время шли по пути совершенствования атмосферных двигателей. Атмомоторы представляли собой максимально надежный вид силовых агрегатов. Поэтапно происходило увеличение степени сжатия, при этом двигатели стали более стойкими к детонации. Благодаря появлению синтетических моторных масел минимизировались потери на трение, инженеры научились изменять фазы газораспределения, внедрение электронных систем управления двигателем позволило добиться высокоточного впрыска горючего и т.д.

В результате моторы от V6 до V12 с большим рабочим объемом долгое время являлись эталоном производительности.  Также не стоит забывать и о надежности, так как конструкция атмосферных двигателей всегда оставалась проверенным временем решением. Параллельно с этим главными минусами мощных атмосферных агрегатов справедливо считается большой вес и повышенный расход топлива, а также токсичность. Получается, на определенном этапе развития двигателестроения увеличение рабочего объема оказалось попросту нецелесообразным.

Теперь о турбомоторах. Еще одним типом агрегатов на фоне популярных «атмосферников» всегда оставались менее распространенные агрегаты с приставкой «турбо», а также компрессорные двигатели. Такие ДВС появились достаточно давно и изначально шли по другому пути развития, получив системы для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры двигателя.

Стоит отметить, что значительной популяризации моторов с наддувом и быстрому внедрению подобных агрегатов в широкие массы долгое время препятствовала высокая стоимость автомобилей с нагнетателем. Другими словами, двигатели с наддувом были редким явлением. Объясняется это просто, так как на раннем этапе машины с турбодвигателем, механическим компрессором или одновременной комбинацией сразу двух решений зачастую ставились на дорогостоящие спортивные модели авто.

Немаловажным фактором оказалась и надежность агрегатов данного типа, которые требовали повышенного внимания в процессе обслуживания и уступали по показателям моторесурса атмосферным ДВС. Кстати, сегодня это утверждение также справедливо для двигателей с турбиной, которые конструктивно сложнее компрессорных аналогов и еще дальше ушли от атмосферных версий.

Атмосферный двигатель – принцип работы

Атмосферный двигатель. Фото из Яндекс Картинки

Не буду описывать устройство этого двигателя. Люди, хоть немного интересующиеся автомобилями, наверняка, хотя бы в общих чертах, знают, как он устроен.

А вот принципа его работы я немного коснусь. И сделаю это для того, чтобы вы лучше понимали, чем эти два двигателя (атмосферный и турбированный) отличаются друг от друга.

Вот каков алгоритм работы обычного атмосферного двигателя внутреннего сгорания (см. рис.1):

Рис. 1

1) Первый такт — впуск

Поршень в цилиндре из верхней «мертвой точки» начинает движение вниз. Открывается впускной клапан и топливовоздушная смесь начинает поступать («всасываться») в цилиндр.

Топливовоздушная смесь (ТВС) – это смесь воздуха и горючего (бензина или солярки). Для бензиновых двигателей ее получают еще до того, как она поступит в цилиндр. Это происходит либо в карбюраторе, либо во впускном коллекторе в случае с инжекторным двигателем. В дизельных двигателях топливовоздушную смесь получают непосредственно в цилиндре путем впрыска топлива в камеру сгорания через форсунку и дальнейшего его смешивания с воздухом.

2) Второй такт – сжатие

Пройдя нижнюю «мертвую точку», поршень начинает двигаться вверх. Оба клапана (впускной и выпускной) при этом закрыты. Топливовоздушная смесь при этом, естественно, начинает сжиматься. Максимальную степень сжатия ТВС имеет в тот момент, когда поршень находится в верхней «мертвой точке».

Кстати, степень сжатия – это отношение объема цилиндра над поверхностью поршня, когда он (поршень) находится в нижней «мертвой точке», к объему цилиндра, когда поршень находится в верхней «мертвой точке». Для бензиновых двигателей степень сжатия равна 8-12 единиц, а для дизельных – 15-22 единицы.

3) Третий такт – рабочий ход

В тот момент, когда поршень во время такта сжатия почти достигнет верхней «мертвой точки», топливовоздушная смесь поджигается с помощью искры, которая образовывается между электродами свечи зажигания. Оба клапана – и впускной, и выпускной – остаются при этом закрытыми.

Под воздействием полученного таким образом взрыва ТВС, поршень в цилиндре начинает поступательно перемещаться вниз, передавая свое усилие через шатун на коленчатый вал. Коленвал же, в свою очередь, передает крутящий момент через механизмы трансмиссии на колеса. Те начинают вращаться и приводят автомобиль в движение.

4) Четвертый такт – выпуск

Опустившись до конца и пройдя нижнюю «мертвую точку», поршень начинает перемещаться внутри цилиндра опять вверх. В этот момент открывается выпускной клапан (впускной клапан закрыт). Образовавшиеся в результате сгорания ТВС газы начинают выталкиваться поршнем через открытый клапан в выпускной коллектор, а оттуда через выхлопную трубу и глушитель, в атмосферу.

Вот таков принцип работы обычного атмосферного двигателя внутреннего сгорания.

Тепловая энергия, получаемая при сгорании топливовоздушной смеси в цилиндрах ДВС, превращается в механическую энергию, которая и принуждает автомобиль двигаться.

Более подробно о том, что представляет собой атмосферный двигатель, можно ознакомиться .

Ну, а теперь давайте увяжем все вышесказанное с темой нашей сегодняшней статьи.

По логике, если увеличить массу ТВС в цилиндрах двигателя, то увеличится и количество энергии при ее сгорании. И, в конечном счете, увеличится и мощность мотора.

Но достичь этого увеличения можно двумя основными путями. Надо либо увеличить рабочий объем двигателя (и, следовательно, каждого цилиндра), либо увеличить массу топливовоздушной смеси путем предварительного сжатия воздуха, необходимого для ее приготовления.

Атмосферник и автомат: какие кроссоверы имеют эту надежную связку

Развитие любой техники, в том числе и автомобильной, открывает новые возможности, делает ее более функциональной и комфортной. Однако обратной стороной усложнения является потеря надежности, рост вероятности поломок и всевозможных ошибок в работе устройств.

Несмотря на то, что в наши дни механическая коробка передач уже не воспринимается как некий оптимальный вариант, достойных альтернатив ей не так уж и много. Цепные и ременные вариаторы сложно назвать образцом столь любимой в России и СНГ надежности. Роботизированная коробка хоть и отличается необычайной скоростью работы, но весьма технологична, а технологичность и надежность если не антонимы, то уж точно синонимами не являются. Основным же претендентом на звание оптимальной, живучей коробки является гидромеханика, или как ее называют – автомат.

Схожая ситуация и с двигателями. Новые турбированные моторы малого объема выдают хороший крутящий момент, достаточно динамичны, экологичны и экономичны, но за все это нужно расплачиваться ресурсом работы и более высокими требованиями к качеству топлива.

Сегодня речь пойдет о представленных на российском рынке кроссоверах, сохранивших связку атмосферного двигателя и автоматической коробки. Автор не утверждает, что все представленные варианты являются необычайно надежными, у каждой модели есть свои нюансы. Данный материал скорее носит справочный, ознакомительный характер.

А начнем мы с самого доступного кроссовера — Renault Duster и его производной – Kaptur. Заветная связка атмосферника и автомата доступна в версиях с 2-х литровым бензиновым двигателем на 143 лошадки. Количество передач коробки – 4.

Помимо французов автоматы и атмосферники в ходу у корейцев. В бестселлере Hyundai Creta 6-ти ступенчатый автомат доступен как с двигателем 1.6, так и с двухлитровым вариантом. Связку с последним можно также встретить в Kia Sportage и Hyundai Tucson. KIA Sorento Prime в свою очередь имеет связку мотора 3.5 MPI с 8-ми ступенчатым автоматом.

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: Правильная обкатка зимних шипованных шин

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.

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: Инструкция по промывке форсунок и инжектора своими руками

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.

Основные различия устройства атмосферного и турбированного двигателя

В основе принципа работы любого современного ДВС лежит процесс сгорания топлива в его цилиндрах. Топливо подается не в чистом виде, а в виде рабочей смеси, состоящей из горючего и воздуха. Что турбомотор, что атмосферник устроены в этом смысле одинаково.

Для приготовления рабочей смеси используется горючее и многократно превосходящие по объему воздушные массы. Понятие «атмосферник» появилось и прижилось потому, что для создания смеси применено естественное атмосферное давление. Воздух затягивается через фильтр и систему воздуховодов благодаря работе поршней.

Отличия между различными силовыми агрегатами атмосферного (естественного) принципа действия заключаются только в том, как реализуется процесс образования смеси и его дальнейшая подача в цилиндры. Таким образом, атмосферный мотор не оснащается специальными узлами, которые отвечали бы за принудительную подачу воздушной массы.

Интересно, что схема питания атмосферного мотора основана на естественном притоке воздуха для формирования рабочей смеси. При разных режимах работы она не позволяет обеспечить соотношение 14 к 1 (количество частей воздуха на количество частей горючего). Из-за этого движок уже не способен тянуть на низких оборотах, а на высоких еще не может. Это приводит к снижению диапазона оборотов, при которых мотор способен обеспечить максимальную мощность и тяговые усилия.

Чтобы понять, что такое турбированный двигатель, необходимо понять, как он работает, и из каких состоит узлов. По сути, это тоже силовая установка, только подача воздуха в цилиндры происходит принудительным образом, за счет специального устройства. Основными частями турбокомпрессора являются вентилятор с турбиной.

Подключаются они к системе выпуска отработанных газов в машине, а дальше принимают на себя часть их энергии и воздействуют на лопасти турбины. От выхлопных газов создается давление, и они раскручивают ее, заставляя работать вентилятор компрессора. Далее под давлением закачивается большой объем воздушных масс.

Воздуха становится больше в системе и сгорает он более качественно — это значит, возрастает и мощность силовой установки. Имея меньший объем, турбомотор способен выдавать больше лошадиных сил, чем атмосферный аналог. Но система охлаждения функционирует также несколько по-иному. Функцию радиатора здесь выполняет другое приспособление, которое называется интеркуллером. Вместо охлаждающей жидкости в нем циркулирует обычный воздух. Чтобы усилить охлаждающие свойства, вместе с ним могут устанавливать дополнительный вентилятор.

Разница между атмосферным и турбированным движком заключается в принципе их устройства и функционирования. У последнего для создания рабочей смеси также необходим воздух. Однако воздушные массы не просто поступают извне, но еще и принудительно, за счет нагнетания турбиной. Чем отличается атмосферный агрегат от турбированного, так это как раз тем, что поступает больший объем кислорода в рабочие цилиндры. Из-за этого топлива сжигается больше и возрастает полезная мощность. Чтобы сделать автомобиль еще мощнее, нет необходимости наращивать объем камер сгорания или увеличивать число самих цилиндров.

На сколько это критично в сравнении с атмосферниками

Качество топлива

Производители, да и по собственному опыту знаю, рекомендуют заливать бензин не ниже 98. Это связано с возникновением детонации в камерах сгорания, что негативно скажется на ресурсе силового агрегата и турбины. Тем более, что качество топлива в регионах не то что хромает, а спотыкается на обе ноги.

Низкое качество топлива на отечественных заправках может убить турбомотор

Но есть выход. Чтобы не зависеть от бензина, можно установить на турбированные моторы газовое оборудование. Оно даст не только экономию при заправке газом, но и сохранит прежние мощностные характеристики ДВС. Вы не привязаны к «брендовым» заправкам, а газовое топливо редко «бодяжат».

Используемое масло

Здесь ничего страшного нет. Каждый автовладелец, который любит свой автомобиль, не будет покупать дешевое масло для своего любимого железного коня. Да, есть определенные требования. Но они актуальны не только для турбированных двигателей, но и атмосферных.

Турбояма

Эффект турбоямы отпугивает от турбомоторов

Это кратковременная потеря мощности при резком нажатии на педаль газа на маленькой скорости. Нужно быстро ускориться с низких оборотов ДВС, нажимаете газ в пол и машина «тупит». Это связано с особенностями конструкции турбонагнетателя. Ему нужны средние обороты двигателя, чтобы полноценно включится в работу.

На современных автомобилях этот негативный эффект минимизирован. В конструкцию силового агрегата добавляют еще одну турбину, чтобы она успевала «раскручиваться» на маленьких оборотах мотора – битурбированные движки.

Чтобы не громоздить еще один агрегат, ставят турбину с изменяемой геометрией. В этом случае компьютер контролирует угол поворота лопастей, чтобы они сильнее крутились при малых скоростях выхлопных газов.

Перегрев

Турбонагнетатель сильно нагревается, ему нужно дать время остыть. Из-за своей конструкции и принципа работы во время движения турбина сильно греется. Если после поездки заглушить мотор, то вероятность выхода из строя её подшипников увеличивается.

Вот так может разогреться турбина при интенсивной езде

Чтобы не ждать, а пойти по своим делам, многие владельцы турбомоторов устанавливают турботаймер. Это устройство автоматически выключит зажигание и заглушит мотор через определенное время. Вам не нужно ожидать, вытаскиваем ключ, закрываем машину и уходим. Это устройство все сделает за вас.

По-поводу ресурса турбоагрегатов

Это спорный вопрос. Если не ухаживать за «атмосферником», то он тоже более 100 тысяч не протянет. Да, срок эксплуатации ниже, но это замечалось за двигателями прошлых поколений. На сегодняшнее время они стали более совершенными, многие могут дать фору атмосферным ДВС. Сравните корейские моторы на Спортаже, не все смогут «перевалить» без капиталки за 100 тыс.

Кроме этого, инженеры атмосферных двигателей также загнаны в рамки экологических норм. Поэтому они вынуждены придумывать технологии, уменьшающие расход топлива и сокращающие выбросы.

Расход масла

Я всегда говорю, и будут повторять: «Исправный турбонагнетатель никогда не будет «жрать» масло». Если ему уже приходит конец, владелец не следил за ним, то масло будет лететь с подшипника как наружу, так и во впускной, так и выпускной коллектора.

Расход топлива

В этом случае нужно сравнивать с одинаковыми по мощностями образцами. Например, атмосферный мотор на 150 лошадиных сил и турбированный с таким же табуном лошадей под капотом. В первом случае расход бензина будет в районе 9-10 литров на сотню, а у турбомотора – 6-7 литров. Делайте сами выводы.

Чтобы обвинить турбированные моторы в прожорливости, их противники делают сравнение с такими же по объему атмосферными силовыми агрегатами, мощность которых в несколько раз меньше.

Например, 1,4 атмосферник – 4-6 литров, турбо объемом 1,4 – 6-7 литров. Конечно, цифры не говорят в пользу турбин, но крутящий момент и мощность то разные. В первом случае 80 л.с. против 150. С чем вы быстрее доедите до пункта назначения? А как насчет трассы? – взять на обгон грузовик сможете, если только впереди будет ГАЗон 70-х годов выпуска.