Аўтамабільны рухавік — гэта складаная сістэма, якая пераўтварае энергію згарання паліва ў механічную працу, што прыводзіць колы ў рух. Разуменне таго, як функцыянуе тэхнічная прылада сучаснага рухавіка, з’яўляецца ключавым для любога аўтаўладальніка, інжынера ці проста энтузіяста. Эвалюцыя рухавікоў прайшла шлях ад простых аднацыліндравых агрэгатаў да высокатэхналагічных гібрыдных і цалкам электрычных сістэм, але класічны рухавік унутранага згарання (ДВЗ) дагэтуль застаецца асновай сусветнага аўтапрома, пастаянна ўдасканальваючыся дзякуючы новым тэхналогіям.
Асноўныя віды і канструктыўныя асаблівасці ДВЗ
Рухавікі унутранага згарання класіфікуюцца па мностве параметраў, у тым ліку па тыпе выкарыстоўванага паліва, спосабе ўтварэння сумесі і, што найбольш важна, па прынцыповай схеме працы і размяшчэнні цыліндраў. Самыя распаўсюджаныя віды — гэта бензінавыя, дызельныя і газавыя рухавікі. Іх агульная тэхнічная прылада сучаснага рухавіка ўключае некалькі ключавых элементаў, якія працуюць у строгай сінхранізацыі.
Блок цыліндраў і крывашыпна-шатунны механізм
Сэрца любога ДВЗ — гэта блок цыліндраў. Ён уяўляе сабой жорсткі літы корпус, у якім размешчаны рабочыя цыліндры. Унутры цыліндраў перамяшчаюцца поршні, якія злучаны з каленчатым валам праз шатуны, утвараючы крывашыпна-шатунны механізм (КШМ). Каленчаты вал пераўтварае зваротна-паступальны рух поршняў ва ўрачальны, перадаючы круцячы момант праз трансмісію да колаў. Гэты элемент павінен быць выключна трывалым і вытрымліваць каласальныя тэмпературныя і механічныя нагрузкі. Вакол цыліндраў размешчаны каналы для астуджальнай вадкасці, якія адводзяць залішняе цяпло, прадухіляючы перагрэў. Сучасныя блокі цыліндраў часта вырабляюцца з лёгкіх, але трывалых алюмініевых сплаваў для зніжэння агульнай масы агрэгата і паляпшэння цеплаадводу.
Галоўка блока цыліндраў і газаразмеркавальны механізм
Зверху блок цыліндраў закрываецца галоўкай блока цыліндраў (ГБЦ), у якой размяшчаюцца впускныя і выпускныя клапаны, свечкі запальвання (у бензінавых рухавіках) ці фарсункі (у дызельных). Газаразмеркавальны механізм (ГРМ) кантралюе адкрыццё і закрыццё гэтых клапанаў, забяспечваючы своечасовы ўпуск паліўна-паветранай сумесі і выпуск адпрацаваных газаў. У большасці сучасных рухавікоў выкарыстоўваецца верхняе размяшчэнне клапанаў з адным ці двума размеркавальнымі валамі (SOHC ці DOHC). Прымяненне сістэмы DOHC (Dual Overhead Camshaft) дазваляе павысіць прадукцыйнасць рухавіка за кошт больш дакладнай налады фазаў газаразмеркавання і магчымасці ўстаноўкі чатырох клапанаў на цыліндр. Электроннае кіраванне фазамі газаразмеркавання (напрыклад, VVT, VVT-i, Vanos) стала неад’емнай часткай, што дазваляе аптымізаваць круцячы момант і магутнасць у шырокім дыяпазоне абаротаў, значна паляпшаючы тэхнічную прыладу сучаснага рухавіка з пункту гледжання эфектыўнасці.
Прынцыпы працы: чатыры такты ДВЗ
Класічны цыкл працы большасці ДВЗ — гэта чатырохтактны цыкл, які складаецца з ўпуску, сціску, рабочага ходу і выпуску. Гэты прынцып застаецца нязменным на працягу дзесяцігоддзяў, забяспечваючы стабільную працу і эфектыўнасць.
Такт ўпуску і сціску
Першы такт, ўпуск, пачынаецца, калі поршань рухаецца ад верхняй мёртвай кропкі (ВМК) да ніжняй мёртвай кропкі (НМК). У гэты час адкрываецца ўпускны клапан, і цыліндр запаўняецца паліўна-паветранай сумессю (у бензінавых ДВЗ) ці чыстым паветрам (у дызельных). На другім такце, сціску, поршань рухаецца назад ад НМК да ВМК пры закрытых клапанах. Аб’ём сумесі сціскаецца, што прыводзіць да значнага павышэння яе тэмпературы і ціску. Ступень сціску з’яўляецца ключавым параметрам, які ўплывае на магутнасць і эканамічнасць. Чым вышэй ступень сціску, тым вышэй цеплавы ККД рухавіка, але гэта таксама накладае абмежаванні на актанавы лік паліва, асабліва ў бензінавых агрэгатах.
Рабочы ход і выпуск
Пачатак трэцяга такту, рабочага ходу, адзначаецца запальваннем сціснутай сумесі. У бензінавым рухавіку іскра ад свечкі запальвання падпальвае сумесь, выклікаючы выбуховае пашырэнне газаў. У дызельным рухавіку паветра сціскаецца да такой ступені, што паліва, упырснутае фарсункай, самаўзгараецца ад высокай тэмпературы. Пашыраючыся газы штурхаюць поршань уніз да НМК, здзяйсняючы карысную механічную працу. Гэта адзіны такт, у якім рухавік выпрацоўвае энергію. Чацвёрты такт, выпуск, адбываецца, калі поршань зноў рухаецца ад НМК да ВМК. Адкрываецца выпускны клапан, і адпрацаваныя газы выштурхваюцца з цыліндра ў выпускны калектар і далей у выхлапную сістэму. Гэты бесперапынны цыкл працы забяспечвае пастаяннае вярчэнне каленчатага вала, што і складае сутнасць, на якой базуецца тэхнічная прылада сучаснага рухавіка.
Інавацыі і развіццё: турбанаддув і гібрыдныя тэхналогіі
Сучасныя патрабаванні да экалагічнасці і эканамічнасці прымушаюць інжынераў пастаянна шукаць спосабы павышэння эфектыўнасці ДВЗ і ўкараняць новыя тэхналогіі. Памяншэнне рабочага аб’ёму рухавіка пры захаванні ці павелічэнні магутнасці (даўнсайзінг) стала магчымым дзякуючы ўсеагульнаму ўкараненню сістэм наддува.
Турбанаддув і непасрэдны ўпырск
Турбанаддув выкарыстоўвае энергію адпрацаваных газаў для кручэння турбіны, якая, у сваю чаргу, круціць кампрэсар. Кампрэсар нагнятае сціснутае паветра ў цыліндры, што дазваляе спаліць больш паліва і, адпаведна, атрымаць больш магутнасці з меншага аб’ёму рухавіка. Гэта істотна паляпшае тэхнічную прыладу сучаснага рухавіка ў плане ўдзельнай магутнасці.
Непасрэдны ўпырск паліва (Direct Injection) — яшчэ адна важная інавацыя, асабліва распаўсюджаная ў бензінавых рухавіках. Замест таго каб упырскваць паліва ва ўпускны калектар, фарсунка распыляе яго прама ў камеру згарання пад высокім ціскам. Гэта дазваляе больш дакладна дазіраваць паліва, лепш кантраляваць працэс згарання і астуджаць камеру згарання, што дае магчымасць павысіць ступень сціску і павялічыць эфектыўнасць, памяншаючы пры гэтым рызыку дэтанацыі. Спалучэнне непасрэднага ўпырску і турбанаддува з’яўляецца стандартам для многіх новых аўтамабіляў, прапаноўваючы аптымальны баланс прадукцыйнасці і эканамічнасці.
Гібрыдныя сілавыя ўстаноўкі
Гібрыдызацыя — гэта лагічны наступны крок у эвалюцыі. Гібрыдныя аўтамабілі спалучаюць класічны ДВЗ з адным ці некалькімі электрычнымі рухавікамі. Гэта дазваляе аптымізаваць працу ўсёй сілавой устаноўкі: электрычны рухавік дапамагае пры рушанні і нізкіх хуткасцях, дзе ДВЗ найменш эфектыўны, а таксама рэкуперуе энергію пры тармажэнні. Поўныя гібрыды (Full Hybrid) могуць рухацца выключна на электрычнай цязе на кароткія адлегласці, у той час як мяккія гібрыды (Mild Hybrid) выкарыстоўваюць электраматор для дапамогі ДВЗ пры разгоне і для працы сістэмы «Старт-Стоп». Плагін-гібрыды (Plug-in Hybrid, PHEV) маюць павялічаную батарэю і могуць зараджацца ад знешняй сеткі, што дазваляе здзяйсняць штодзённыя паездкі без выкарыстання бензіну. Гэтыя камбінаваныя сістэмы ўяўляюць сабой найбольш складаную і шматгранную форму, якую сёння прымае тэхнічная прылада сучаснага рухавіка. Яны прапануюць рашэнне для зніжэння выкідаў і спажывання паліва, з’яўляючыся пераходным звяном да поўнага электрычнага транспарту. Разнастайнасць гібрыдных схем, ад паслядоўных да паралельных і змешаных, дазваляе аўтавытворцам гнут��а падыходзіць да задач аптымізацыі і павышэння прадукцыйнасці, захоўваючы пры гэтым усе перавагі праверанай часам тэхналогіі ўнутранага згарання. Такім чынам, нягледзячы на ўзрастаючую папулярнасць электрамабіляў, ДВЗ працягвае заставацца цэнтрам інавацый у аўтамабільнай індустрыі.