Лучшие бензиновые двигатели за последние 25 лет — часть I

14.04.2019
Автор статьи: SkodaKodiaq.club

бензиновые двигатели

За последние четверть века конструктивные основания силовых агрегатов быстро развивались. Каковы лучшие бензиновые двигатели того периода?

Бензиновые двигатели были основным источником привода легковых автомобилей целых 80 лет. Позже систематически росла доля дизельных агрегатов. Бум на дизельный разразился после ввода питания Common Rail, а с 2005 года они чаще заказываются от бензиновых двигателей. В настоящее время чаща весов снова склоняется на сторону «бензинов». Благодаря сокращению они стали более экономичными и значительно преводсходят мощные дизели также чистотой выхлопных газов, которые требуют использования все более дорогостоящего оборудования.

Лучшие бензиновые двигатели – старые или новые?

В 90-е годы бензиновые двигатели с турбонаддувом по-прежнему были редкостью, зарезервированной для оправданных версий. Они быстро росло и число единиц с головками, имеющими четыре клапана на цилиндр, а иногда также системы изменения фаз газораспределения, которые помогали получать высокие мощности. Двигатели без надува этого периода обычно имели линейные характеристики, и их рвение к работе росло с вращениями. Прочность при надлежащем обслуживании была высокой.

Настоящий прорыв произошел в 2005-2009 гг., когда входили нормы выбросов Евро IV и Евро V, а вместе с ними необходимо было использовать, в частности, систему рециркуляции выхлопных газов EGR, которая понизила количество выделяющихся оксидов азота. Систематически росла популярность единиц с непосредственным впрыском топлива, который снижали сгорание топлива – необходимого, чтобы данная марка вписалась в ожидания по средней величине выбросов углекислого газа для ряда транспортных средств. К сожалению, не все новые решения оказались успешными с точки зрения долговечности. Особенно первые моторы с непосредственным впрыском (например, 1.4/1.6/2.0 FSI группы Volkswagen) имели проблемы с отложением нагара воздуха во впускной системе.

Виды бензиновых ДВС

В настоящее время на автомобилях можно встретить бензиновые двигатели, оснащенные:

1. карбюратором, где происходит смешивание топлива с воздухом. Затем подготовленная смесь подается в цилиндры, где поджигается искрой, которая проскакивает между электродами свечей зажигания.
2. инжекторной системой смесеобразования, которая осуществляется путем впрыска топливно-воздушной смеси во впускной коллектор или непосредственно в цилиндры двигателя. Для этого используются специальные форсунки. При этом существуют системы:

• моновпрыска топлива (одноточечные).
• распределенного впрыска топлива (многоточечные).

Управление форсунками и дозирование топлива может осуществляться при помощи:

1. Рычажно-плунжерного механизма – в механических системах впрыска.
2. Специального блока управления ЭБУ – в электронных системах впрыска.
3. Системой наддува, когда впуск горючей смеси или воздуха происходит под давлением, нагнетаемым турбокомпрессором. При этом значительно увеличивается мощность и коэффициент полезного действия силового агрегата.

Особое место среди бензиновых двигателей занимает роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля). Он отличается от остальных ДВС отсутствием отдельного механизма газораспределения, что значительно упрощает конструкцию мотора.

Принцип действия роторно-поршневого силового агрегата заключается в том, что за один оборот он выполняет три полных рабочих цикла. Происходит это за счет того, что в основе двигателя лежит оригинальный треугольный ротор, который, вращаясь в камере особой формы, выполняет функции поршня, коленчатого вала и механизма газораспределения. По ряду причин конструктивного и технологического характера этот бензиновый мотор широкого распространения не получил.

В автомобилестроении чаще всего используются рядные четырехцилиндровые четырехтактные бензиновые силовые агрегаты, отличающиеся от остальных:

• большим ресурсом;
• экологичным выхлопом;
• экономичностью;
• низким уровнем шума.

Двигатель ЯМЗ-6585

Входит в состав семейства восьмицилиндровых V-образных дизелей производства Ярославского моторного завода. Дизель четырехтактный с воспламенением от сжатия, непосредственным впрыском топлива, с наддувом, с жидкостным охлаждением, механическим регулятором частоты вращения, выполнен под установку охладителя наддувочного воздуха (монтируется на изделии).

Двигатель ЯМЗ-6585 используется в составе автомобилей, шасси, самосвалов, автопоездов и седельных тягачей МАЗ.

После 2010 года практически каждый двигатель нового поколения уже был оснащен турбонаддувом, прямым впрыском и умными насосами для жидкости/масла, то есть пакетом решений для улучшения прогрева двигателя, снижающих сопротивление сопровождающих его работы и расход топлива. Еще одним признаком времени было распространение технологии прямого впрыска топлива. Это решение позволило поднять давление сгорания при сохранении низких требований к октановому числу топлива. Результатом этого стало улучшение экономичности (по данным Bosch на 12%) без отрицательного влияния на производительность. Если раньше некоторые производители экспериментировали с непосредственным впрыском топлива в бензиновых двигателях (например, Mitsubishi, Renault), то в этом десятилетии этим стало заниматься большинство компаний. Во второй половине десятилетия распространенным стало сокращение первой степени, а значит – в случае популярных двигателей – без уменьшения количества цилиндров. Сокращения, связанные, как правило, с введением турбонаддува, позволили снизить расход топлива на несколько процентов.

Какие двигатели отличаются солидностью и заслуживают особых похвал? Мнения водителей и экспертов, конечно, разделяются. В нашем обзоре мы попытались описать двигатели популярным языком, рассказать о имеющих самые лучшие характеристики и выдерживающие большие пробеги.

Устройство бензиновых двигателей внутреннего сгорания

Подробное рассмотрение классификации бензиновых двигателей внутреннего сгорания, их ключевых элементов, а также общего принципа функционирования будет произведено далее, сейчас же, для беглого ознакомления, в общих чертах будет представлен краткий обзор конструктива и функционала основных частей данного вида агрегатов.

Попадание воздушной смеси в камеру сгорания при подаче воздуха осуществляется параллельно с изменением вектора движения поршня в направлении верхней крайней точки. Первоначально, во время запуска двигателя от этой точки поршень и начинает свое движение к нижней крайней точке, благодаря поворачиванию коленчатого вала (коленвала).

За один оборот коленвала совершается ряд последовательных операций, а именно: поршень во время своего движения воздействует на топливовоздушную субстанцию, сжимая ее, после чего, при нахождении поршня в крайнем верхнем положении смесь принудительно поджигается. Расширяющиеся в процессе горения пары бензина заставляют поршень вновь устремиться к противоположной крайней отметке. Во время рабочего хода все клапаны блокируются.

Saab 2.3 B23

• Установлен в: Saab 900, 9000, 9-3, 9-5
• Года выпуска: 1990-2010
• Объем: 2290 см3
• Мощность макс.: 150-260 л.с.
• Срок службы: около 600 тыс. л. с.

Основные конструктивные особенности:

• — чугунный блок
• — цепной распределитель-16 клапанов
• -два уравновешивающих вала.

Saab 2.3 B23

Лишенных решений концерна General Motors, двигатель Saab был в наддув- и наддув-низком или высоком давлении. Двигатель представляет собой двухлитровый блок B20. В версиях turbo впечатляет податливостью на тюнинг – чем, впрочем, и пользовались в Saab, создавая спортивные версии автомобилей (Aero, Viggen). Самым большим недостатком блока является картридж зажигания — узел катушек, закрепленный в верхней части двигателя. Не работает на LPG (сжиженном газе). За новый картридж придется заплатить более 13 тысяч рублей. При эксплуатации стоит интересоваться проходимостью системы вентиляции картера. Забитый воздухопровод может привести к спеканию двигателя. Близкий родственник двигателя 2.3 B23 — двухлитровый блок B20. Имеет те же недостатки и преимущества, как и больший мотор.

Принцип работы бензинового двигателя

Бензиновые двигатели бывают двух – и — четырехтактными. Бесперебойность их системы функционирования обеспечивается установленной цикличностью, т.е. определенным рабочим циклом сменяющих друг друга последовательных этапов — тактов преобразования топливной субстанции в энергию за одно прокручивание коленвала, (на двухтактных моторах рабочий процесс – цикл, происходит при большем интегрировании процессов и отличается расходом топлива и вырабатываемой мощностью).

Такты:

• Впуска;
• Сжатия;
• Рабочего хода;
• Выпуска.

Суть данного механизма работы сводится к процессу горения воздухотопливной смеси в специальной камере сгорания, т.е. в изолированном пространстве. При движении поршня из верхней мертвой точки к нижней впускные клапаны открываются и производится подача топливной смеси в камеру сгорания. Там субстанционная смесь принудительно поджигается искрой и поршни, отталкиваемые при расширении газов, движутся к нижней точке.

В результате горения топливной смеси вырабатывается энергия для включения и поддержания механической работы двигателя. Поршень посредством кривошипно – шатунного механизма передает движение на коленчатый вал, который сообщает колесам автомобиля крутящий момент. Выхлопные газы, являющиеся остаточным продуктом сгорания ТС направляются в газораспределительные каналы и выводятся.

Subaru EJ20/EJ205

• Установлен в: Subaru Forester, Legacy, Impreza
• Годы выпуска: 1989-2006
• Объем: 1994 см3
• Мощность макс.: 115-275 л.с.
• Срок службы: около 450 тысяч. км.

Основные конструктивные особенности:

• – алюминиевый блок
• – расположение цилиндров (боксер)
• – двигатель с ременным приводом –
• косвенный впрыск топлива.

Культовый боксер Subaru красиво звучит и живучий. В бензиновых версиях оказывается практически «непробиваемым». Гораздо раньше его выходят из строя подшипники коробки передач или кузова, покрытые ржавчиной. Старые моторы EJ20, а также младший EJ205 выпускались в версиях с турбонаддувом – и легко поддавались тюнингу. Кто хочет наслаждаться высокой мощностью, должен смириться с риском повреждения двигателя, например, путем поворота вертлужной впадины. Это, однако, касается попыток разгона полностью серийных моторов. Если боксер будет оснащен усиленными компонентами, то даже после тюнинга может служить долго. Проблемой, оказывается, является газовое оборудование. Их можно смонтировать и после надлежащего оформления наслаждаться низкими расходами на топливо, однако в турбо-версии проблема возникает при регулировке зазора клапана – для выполнения этой операции необходимо вынуть двигатель из автомобиля.

двигатель

Основные вспомогательные системы бензинового двигателя

Системы, специфические для бензиновых двигателей

• Система зажигания — обеспечивает поджиг топлива в нужный момент. Она может быть контактной, бесконтактной или микропроцессорной. Контактная система включает в себя: прерыватель-распределитель, катушку, выключатель зажигания, свечи. Бесконтактная система включает то же самое оборудование, только вместо прерывателя стоит датчик Холла или индукционный датчик. Микропроцессорная система зажигания управляется специальным блоком-компьютером, она включает в себя датчик положения коленвала, блок управления зажиганием, коммутатор, катушки, свечи, датчик температуры двигателя. У инжекторного двигателя к этой системе добавляются датчик положения дроссельной заслонки и датчик массового расхода воздуха.
• Система приготовления топливовоздушной смеси — карбюратор или же инжекторная система.

Fiat 1.2 FIRE

• Установлен в: Fiat Marea, Siena, Bravo, Palio Weekend, Punto, Punto II, 500 Годы выпуска: с 1993 года.
• Объем: 1242 см3
• Мощность макс.: 60-86 л.с.
• Срок службы: около 300 тысяч. км

Основные особенности конструкции:

• – чугунный блок
• – двигатель с ременным приводом
• – 8 или 16 клапанов
• – центральный впрыск (версии SPI 60 КМ) или мульти (версии MPI 75 Л. с. и 16V)

Этот двигатель славится своей простотой ремонта и долговечностью – при нормальной эксплуатации проблемы с двигателем 1.2 FIRE ограничиваются в основном заменой генератора (подверженного растрескиванию корпуса), подключением новых уплотнений – актуальными являются разливы бензина. Проблемой двигателя также является износ масла. При нынешних значениях транспортных средств капитальный ремонт не имеет экономического обоснования. Если водитель постоянно заправляет масло, его сжигание не влияет на срок службы двигателя. Кроме распространенного двигателя 1.2 FIRE Fiat был в ассортименте также сопутствующий ему 1.1/1.4 FIRE.

двигатель

Volkswagen 1.8 T

• Установлен в: Audi A3, A4, A6, TT, Seat Ibiza, Leon, Exeo, Skoda Superb и Octavia, VW Bora, Passat B5, Polo GTI, Golf IV.
• Годы выпуска: 1994-2010
• Объем: 1781 см3
• Мощность макс.: На 150-240 л.с.
• Срок службы: около 500 тысяч. км

Основные особенности конструкции:

• – чугунный блок
• – двигатель ременным приводом
• – 20 клапанов
• – турбонаддув
• – индивидуальные катушки зажигания.

Volkswagen

Очень популярный двигатель, который попал под капот многих моделей концерна Volkswagen. Мотор 1.8 Т удачно сочетает динамику, гибкость и разумное сгорание, которое в смешанном цикле находится в пределах 10 л / 100 км. Эксплуатационные затраты можно существенно снизить, установив газовое оборудование, с которым двигатель 1.8 Т отлично работает. Иногда этот факт бывает переоценен – полное пренебрежение обслуживания рано или поздно заканчивается серьезными техническими проблемами.

BMW M52

• Установлен в: BMW 3 E36/E46, 5 серии E39, 7-серии E38, Z3
• Годы производства: 1994-2000
• Объем: 1991-2793 см3
• Мощность макс.: 150-193 л.с.
• Срок годности: около 500 тысяч. км

Основные конструктивные особенности:

• – алюминиевый блок
• – двигатель цепной
• – переменные фазы газораспределения (Vanos)
• – 24 клапана
• – 6 цилиндров,
• многоточечный впрыск.

BMW

Популярен и используется во многих моделях BMW. Двигатель прочный и стойко переносит даже серьезное небрежное обращение и расходные материалы или необходимость езды на LPG. Лучший вариантом считается самая мощная, 193 л.с. версия M52B28TU объемом 2.8 л, которая появилась в модельном ряду в 1998 году. Двигатели M52 были доступны как двухлитровые (M52B20, 150 л. с.), так и моторы 2.5 (M52B25, 170 л.с.).

Ключевые элементы бензинового двигателя

Таковыми являются:

• Камера сгорания – элемент двигателя, в который подается топливная смесь и где непосредственно происходит процесс горения и получения энергии.
• Поршень – оснащенный уплотнительными кольцами из чугуна элемент, который совершает возвратно – поступательное движение, сдавливая смесь и выталкивая расширяющиеся газы в газораспределительную систему. Применение колец способствует достижению в цилиндрах оптимальной компрессии. Поршень является также частью кривошипно – шатунного механизма.
• Шатун – элемент из алюминия или высокопрочной стали. Обеспечивает соединение поршня с коленчатым валом. Обладает рабочим двухсторонним вращением.
• Коленчатый вал – часть двигателя, обеспечивающая вращение колес автомобиля за счет преобразования поступательного движения поршня.
• Свеча зажигания – электрический элемент, отвечающий за поджигание топливной субстанции в камере во время подъема поршня к ВМТ.
• Система клапанов – включает в себя впускные клапаны – позволяют осуществить всасывание массы воздуха, и выпускные клапаны – участвуют в процессе выведения выхлопных газов.

BMW M54

• Установлен в: BMW 3-серии E46, 5 серии E39/E60, 7-серии E65, Z3, Z4, X3 E83, X5 E53
• Годы выпуска: 2000-2006
• Объем: 2171/2494/2979 см3
• Мощность макс.: 170-231 л.с.
• Срок службы: около 500 тысяч. км

Основные конструктивные особенности:

• – алюминиевый блок
• – 24 клапана
• – переменные фазы газораспределения (впуск/выхлоп)
• – многоточечный впрыск.

BMW M54

M54 — это семейство пользующихся хорошей репутацией шестицилиндровых двигателей BMW объемом 2.2, 2.5 и 3.0 литра. Самой ценной и востребованной является „трехлитровка” мощностью 231 л.с. Значение имеет не только автомобиль, но и сам двигатель – часто пропускают из разбитых машин, для слабых машин. Повторяющейся проблемой двигателей M54 является склонность к сжиганию значительного количества масла. Ее можно уменьшить путем замены или очистки воздуховода.

Citroen-Peugeot 1.6 TU5JP4

• Установлен в: Citroen C3, C4, Xsara, Picasso, Peugeot 206, 207, 307, Citroen C2 VTS
• Годы выпуска: 2000-2009
• Объем: 1587 см3
• Мощность макс.: 109-122 л.с.
• Срок службы: около 500 тысяч. км

Основные особенности конструкции:

• – чугунный блок
• – двигатель с ременным приводом
• – 16 клапанов
• – многоточечный впрыск
• – впускной коллектор из пластика или металла.

Citroen-Peugeot 1.6 TU5JP4

1.6 TU5JP4 двигатель, заслуженно называемый „бронированным”. Ему не вредит даже установка газового оборудования, а серьезные сбои, при сохранении минимального обслуживания, крайне редки. «Крайне редки» – здесь речь идет, прежде всего, о неисправности арматуры. При больших прогонах двигатель может потреблять большее количество масла. Блок часто хвалили за культуру работы и характеристики – но ему не хватает силы тяги даже на низких оборотах.

Рабочий цикл бензинового двигателя[ | ]

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя[ | ]

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов

.
1. Впуск.
Поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.
2. Сжатие.
Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степень сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом, которое дороже.
3. Сгорание и расширение
(рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы основная масса бензовоздушной смеси успела воспламениться к моменту, когда поршень будет находиться в ВМТ (процесс воспламенения является медленным процессом относительно скорости работы поршневых систем современных двигателей). При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством, центробежным вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель. В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику. В этом случае используется датчик положения коленчатого вала, работающий обычно по индуктивному принципу.
4. Выпуск.
После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

Рабочий цикл двухтактного двигателя[ | ]

В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие

и
расширение
. Впуск и выпуск заменяются
продувкой
цилиндра вблизи нижней мёртвой точки поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра.

Более подробно цикл двигателя устроен следующим образом: когда поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно, движущийся вверх поршень создаёт разрежение в кривошипной камере. Под действием этого разрежения открывается клапан впускного коллектора и свежая порция топливовоздушной смеси (как правило, с добавкой масла) засасывается в кривошипную камеру. При движении поршня вниз давление в кривошипной камере повышается и клапан закрывается. Поджиг, сгорание и расширение рабочей смеси происходят так же, как и в четырёхтактном двигателе. Однако, при движении поршня вниз, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (в смысле, поршень перестаёт перекрывать выпускное окно). Выхлопные газы (имеющие ещё большое давление) устремляются через это окно в выпускной коллектор. Через некоторое время поршень открывает также впускное окно, расположенное со стороны впускного коллектора. Свежая смесь, выталкиваемая из кривошипной камеры идущим вниз поршнем, попадает в рабочий объём цилиндра и окончательно вытесняет из него отработавшие газы. При этом часть рабочей смеси может выбрасываться в выпускной коллектор. При движении поршня вверх свежая порция рабочей смеси засасывается в кривошипную камеру.

Можно заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность. Однако, полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 — 1,8 раза.

Важное преимущество двухтактных двигателей — отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала.