Атмосферный двигатель: что это такое

Атмосферный двигатель – это двигатель внутреннего сгорания классического образца, в котором воздух, поступает через систему впуска и принимает участие в процессе создания топливной смеси в каждом цилиндре. В результате, созданная топливная смесь воспламеняется, создает энергию и приводит в движение рабочие элементы мотора.

Разновидности атмосферных двигателей

Атмосферные моторы делятся на три основные группы двигателей:

бензиновые – обрели наибольшую популярность в автомобилестроении;
газовые – они не обрели широкого распространения в промышленных масштабах, используются как дополнительный элемент в тандеме с бензиновым мотором;
дизельные – они не имеют серьезных недостатков, но уступают в популярности бензиновым моторам, в легковом автомобилестроении.

Атмосферные моторы можно классифицировать на виды по способу подачи топлива. По этому параметру ДВС делится на два типа: инжекторные и карбюраторные.

Чем отличается атмосферный двигатель от турбированного

Эти два вида двигателей наиболее популярные в легковом автомобилестроение. При этом они имеют между собой существенные отличия.

Основные различия между атмосферным и турбированным двигателем коснулись следующих показателей: принципа работы, объема и мощности, длительности эксплуатации, качества топлива и смазочных материалов. Разберем эти параметры в сравнении.

Турбированный мотор отличается имеющейся системой турбонаддува. Она состоит из промежуточного охладителя, турбокомпрессора, турбины. В результате в цилиндры двигателя поступает больше воздуха, чем в мотор атмосферного ДВС. Поэтому процесс сгорания воздухо-топливной смеси, насыщенной воздухом, проходит более эффективно – появляется больше энергии, запускающей двигатель и приводящей в движение автомобиль.

Исследования показали, что для достижения мощности в 125 лошадиных сил, объем атмосферного и турбированного мотора будет разным. В частности, для турбированного ДВС будет достаточно объема 1 литр, а для атмосферного двигателя этот показатель составит 1,6 литра.

При мощности в 125 л. с, турбированный двигатель будет обладать немного меньшим расходом горючего и лучшей динамикой. А также к преимуществу турбированного ДВС нужно отнести больший вес атмосферного мотора и его неспособность поддерживать максимальную мощность во время езды горной местностью, отличающейся разреженным воздухом.

По длительности эксплуатации атмосферный двигатель превосходит своего визави. Турбированный мотор изнашивается быстрее. При этом максимальное расстояние, которое такой двигатель способен покрыть без капремонта, равняется 150 тысяч километров. А атмосферный мотор, способен преодолеть без капитального ремонта в пределах 300-500 тысяч километров.

В идеале, для бесперебойного функционирования обоих типов двигателей нужно максимально качественное топливо и смазочные материалы. Однако атмосферный мотор, в сравнении с турбированным двигателем, менее прихотлив к их качеству. А также его ремонт обойдется дешевле.

В результате сравнительного анализа появляется заключение, о том, что:

турбированный мотор лучше атмосферного по количеству создающейся энергии, меньшему расходу топлива (при равных стартовых характеристиках) и объему, необходимому для достижения максимальной мощности;
атмосферный мотор лучше своего визави по длительности эксплуатации и меньшей прихотливости к качеству ГСМ.

Плюсы и минусы атмосферного двигателя

Атмосферный ДВС имеет массу преимуществ и несколько недостатков. К достоинствам двигателя относится:

неприхотливость обслуживания – для обслуживания двигателя можно использовать не максимально качественные ГСМ, главное, чтобы они подходили мотору по своему составу;
многократностью ремонта – атмосферный мотор способен выдержать большое количество мелких ремонтов, при этом собственник авто может выполнить их самостоятельно (в домашних условиях), без обязательного посещения СТО;
износоустойчивостью – этот тип рассчитан на длительную эксплуатацию (несколько сотен тысяч километров);
сохранение уровня мощности – ключевое преимущество изделия, выражающееся в сохранении мощности на малых оборотах мотора, реагированием на минимальное нажатие педали акселератора, переходом от малых до больших оборотов на короткий временной промежуток.

Кроме положительных моментов, этот тип моторов имеет и отрицательные стороны. К ним относится:

масса изделия – атмосферные моторы, в сравнении с другими разновидностями двигателей, отличаются большим весом, не имея при этом преимущества в объеме и мощности;
поддержка динамики и мощности на максимальном уровне – в условиях разреженного воздуха, атмосферные моторы не способны поддерживать мощность на максимальной отметке, теряя при этом и уровень динамики;
продукт выхлопа – при работе атмосферного двигателя создается в большом количестве побочный продукт (выхлопной газ), загрязняющий воздушные массы.

Атмосферный двигатель чем выше

Индустрия современных автомобилей за минувшие годы поменялась, и перед автолюбителем стоит вопрос, какую машину купить и с каким двигателем. Раньше для автовладельцев атмосферный вариант двигателя был привычным, а сегодня набирает популярность турбированный. Многим не терпится узнать, чем отличается атмосферный двигатель от турбированного, все положительные моменты моторов и наоборот недостатки.

Атмосферный двигатель — его выигрышные стороны и недочеты

Атмосферный тип агрегата трудится при естественном атмосферном давлении, поступление воздуха происходит посредством системы фильтрации и в содействии с инжектором или карбюратором перемешивается с топливом для образования горючей смеси, впоследствии происходит воспламенение и мотор начинает движение. В особенностях работы двигателя есть преимущества и недостатки. К плюсам можно отнести:

Значительный моторесурс. Срок пользования бензо и дизельных двигателей достаточно большой. Ввиду того, что моторы не испытывают больших нагрузок, километраж исчисляется сотнями тысяч до проведения капремонта;
Неприхотливость в эксплуатации. Атмосферный движок более простой конструкции, а значит и ремонт обходится подешевле;
Качество топлива и масла. Заправлять можно горючим неважного качества, на счет этого у атмосферного движка лояльное отношение. Однако частить не стоит, иначе могут, возникнут перебои в работе, хотя вернуть к жизнедеятельности мотор намного дешевле, чем турбированный. Что касается масла, то заливать можно любое, производить замену через 15-20 тыс. км, расход небольшой;
Прогрев. Автомобиль с атмосферным движком прогревается быстрее, чем вариант турбированного двигателя.

К минусам относятся:

Мощность. Большая масса силового агрегата не способна поддерживать хорошую мощность.
Затраты на топливо. Вариант данного типа двигателя при тех же лошадиных силах, что у турбированного расходует топлива в большей мере.

Турбированный двигатель — достоинства и недостатки

Турбина, установленная на двигатель данного типа, создает нагнетание давления воздуха в цилиндры, за счет чего воздуха попадает больше, топливо получше горит, увеличивается мощь и крутящий момент. Как и у атмосферного, так и у турбированного двигателя есть сильные стороны и слабые. Преимущества такие:

Мощность. Сравнивая с атмосферным двигателем, даже при меньшем рабочем объеме у турбированного мощность намного выше, крутящий момент тоже высокий, а значит и динамика лучше. Не стоит забывать про интеркулер, установив который еще больше увеличивается мощность двигателя;
Расход топлива. Относительно такого же количества лошадиных сил с атмосферным движком, у турбированного расход меньше. Что касается экологичности, то здесь большой плюс, топливо сгорает эффективнее, а установив даунпайп, доступ газов на турбину предельно качественный и выхлопной звук становится меньше;
Размеры и масса. Агрегат обладает меньшими размерами и массой, что говорит о его компактности, даже учитывая тот факт, что моторы бывают двух и трех цилиндровые;

Плюсов у двигателя немало, но есть и минусы:

Расход топлива. Если не учитывать лошадиные силы, а брать объем двигателя, то атмосферный будет расходовать топлива меньше, но и будет слабее, чем турбированный;
Качество топлива и масла. Силовой агрегат чувствителен к качеству дешевого бензина, горючее сомнительного качества убивает турбину, ресурс которой и так небольшой, к тому же требующий ухода и замены после пробега 120 тыс. км. Качество масла тоже важно, рекомендовано лить специальное и менять нужно чаще чем у атмосферного через 10 тыс. км;
Прогрев. Зимой двигатели турбированного типа греются по времени дольше.

Оба двигателя атмосферный и турбированный обладают массой положительных моментов и недостатков. Прежде чем сделать покупку автомобиля, необходимо учитывать все нюансы, чтобы выбор был обдуманным и правильным.

Наддув

Наддув — принудительное повышение давления воздуха выше текущего уровня атмосферного в системе впуска двигателя внутреннего сгорания, приводящее к увеличению плотности и массы воздуха в камере сгорания перед тактом рабочего хода, что, согласно правилу стехиометрической горючей смеси для конкретного типа мотора, позволяет сжечь больше топлива, а значит увеличить крутящий момент (и мощность, соответственно) при сравнимой частоте вращения. В широком смысле, повышение удельной/литровой мощности ДВС при текущем уровне атмосферного давления и есть основная цель наддува. Буквальным следствием этой технической особенности стало одно из ранних применений наддува для компенсации высотного падения мощности в авиационных маршевых ДВС.

Также, наддув есть любого рода создание повышенного давления в принципе. Существуют понятия наддува кабин высотных и космических летательных аппаратов для создания подходящих для людей условий, наддува баков гидросистем для предотвращения вспенивания рабочей жидкости и т. д.

Возможен агрегатный наддув и безагрегатный наддув.

Содержание

1 Агрегатный наддув
2 Безагрегатный наддув
3 См. также
4 Ссылки

Агрегатный наддув [ править | править код ]

Под агрегатным подразумевается наддув, создание которого обеспечивается неким агрегатом. Фактически, таковых агрегатов в технике всего три — турбонагнетатель, приводной нагнетатель, нагнетатель с электрическим приводом. Первый работает от энергии выхлопных газов и состоит из газовой турбины и компрессора. Второй работает от непосредственного привода с коленвала двигателя и состоит из механической передачи и компрессора. Третий работает от электропривода и состоит из высокооборотного электромотора и компрессора. Вообще, компрессор входит в состав любого агрегата наддува, вследствие чего, такие термины как турбокомпрессор, приводной компрессор и компрессор с электрическим приводом являются синонимами вышеупомянутым трём и правомерны к использованию. Конструкция компрессора может быть универсальна для любого агрегата, хотя обычно в турбонагнетателе и нагнетателе с электрическим приводом используются лопастные центробежные компрессоры, а в приводном нагнетателе — роторные компрессоры. Сам термин «агрегатный наддув» практически никогда не используется, и таковым в речевом обиходе применительно к
ДВС считается просто любой наддув, если иное не оговорено особо.

Особенность и преимущества агрегатного наддува (турбонаддува, в первую очередь) в том, что таковой позволяет получать сверхвысокие давления на впуске в ДВС — вплоть до 5 Бар — что даёт в итоге примерно кратное давлению наддува повышение удельной мощности на отдельных режимах работы. Всережимного увеличения мощности посредством одного типа агрегата наддува достичь сложно в силу разных причин (либо для этого требуется сильное механическое усложнение конструкции нагнетателя) поэтому часто на ДВС применяются комбинированные системы, состоящие, например, из турбонагнетателя и приводного нагнетателя, или турбонагнетателя и нагнетателя с электрическим приводом.

Также в авиации для компенсации высотного падения мощности маршевых поршневых двигателей на многомоторных самолётах были исторические попытки применения группового агрегатного наддува, обеспечивающего дополнительное снабжение маршевых двигателей воздухом на больших высотах. Основой этой системы был отдельный мотор-компрессор, состоявший из одного двигателя, аналогичного маршевому, и объёмного компрессора, дополненный системой воздуховодов к каждому маршевому двигателю. Пример — тяжёлый бомбардировщик Пе-8.

Агрегатный наддув применяется как на четырёхтактных ДВС, так и на двухтактных ДВС, поршневых и роторно-поршневых, работающих практически по любому термодинамическому циклу (циклу Отто, циклу Дизеля, прочих). Однако к газотурбинным двигателям термин «агрегатного наддува» в русскоязычном инженерно-техническом лексиконе обычно не применяется, несмотря на обязательное наличие компрессора в составе таких двигателей. Важным следствием применения агрегатного наддува является снижение удельного расхода топлива (в граммах на л. с. за час).

Безагрегатный наддув [ править | править код ]

К безагрегатному наддуву относят:

динамический (ранее называемый инерционным, резонансным, акустическим), при котором эффект достигается за счёт колебательных явлений во впускном и/или выпускном трубопроводах;
скоростной, применяемый на поршневых авиационных двигателях на высотах больше расчётной и при скоростях более 500 км/ч;
рефрижерационный, достигаемый испарением в поступающем воздухе топлива или какой-либо другой горючей жидкости с низкой температурой кипения и большой теплотой парообразования.

На транспортных двигателях внутреннего сгорания используется динамический наддув, который при несущественных изменениях в конструкции трубопроводов приводит к повышению коэффициента наполнения до η v = 0 , 92 − 0 , 96 =0,92-0,96> в широком диапазоне изменения частоты вращения двигателя. Увеличение η v > при наддуве позволяет форсировать дизель по энергетическим показателям в случае одновременного увеличения цикловой подачи топлива или улучшить экономические показатели при сохранении мощностных (при той же цикловой подаче топлива). Динамический наддув повышает долговечность деталей цилиндро-поршневой группы благодаря более низким тепловым режимам при работе на бедных смесях.

Атмосферный мотор против турбированного — все за и против

Современная классификация двигателей внутреннего сгорания уже подразделят их на атмосферные моторы и те, что оборудованы турбонаддувом. Причем это может относиться как к бензиновым, так и к дизельным разновидностям.

Во второй половине минувшего столетия техника с турбированным силовым агрегатом начала получать все большее распространение. Однако поначалу развитие получили только дизельные установки с турбиной.

Просто карбюраторные аналоги не могли быть такими же экономичными и надежными, да и обслуживание их обходилось на порядок дороже. И лишь позже, с развитием и внедрением новых производственных технологий, стало возможным снова вернуться к вопросу турбомоторов, работающих на бензине. К тому же, ужесточились и международные экологические нормативы.

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.

Плюсы и минусы атмосферных моторов

Основные преимущества, которыми обладает атмосферный двигатель, а не турбированный его аналог, можно свести к следующему:

большой эксплуатационный ресурс. Считается, что такие моторы более неприхотливы, причем это в равной степени касается, как бензиновых, так и дизельных движков. Многие из них рассчитаны более, чем на 1 миллион километров пробега, а без капитального ремонта они могут выходить по 300-400 тысяч км. Зачастую им удавалось пережить даже родной кузов, который «съедала» коррозия, тогда, как силовой агрегат оставался вполне работоспособным;
конструктивная простота и надежность. Известно, что «атмосферники» непритязательны к качеству горючего и заливаемого в них масла. Для наших автолюбителей — это значительное преимущество, учитывая огромное количество заправок с сомнительным топливом. Даже при заправке плохим горючим, восстановить работоспособность атмосферного мотора будет дешевле и проще, по сравнению с турбированным аналогом;
пригодность к ремонту и восстановлению. Достигается описанной выше простотой конструкции мотора. Ремонт каждого узла обойдется дешевле, чем в случае с турбо-версией.

Этих преимуществ достаточно для того, чтобы «атмосферники» пользовались спросом у потребителей еще много лет. Однако нельзя не отметить и несколько слабых сторон, которые им присущи. Во-первых, они не могут развить настолько высокую мощность при аналогичном объеме рабочих камер сгорания. Во-вторых, такие силовые агрегаты обладают более высокой массой. Их тяжелее эксплуатировать в горной местности, где воздух разрежен. Ну и, кроме того, они проигрывают турбированным собратьям в динамике.

Преимущества и недостатки современного турбомотора

Интересно, что первая турбина на силовом агрегате была установлена более столетия тому назад, однако в промышленном производстве на автомобилях их стали использовать с середины 20-го века. Для создания дополнительного давления конструкторы воспользовались отработанными газами — они принудительно повышали давление, создаваемое в рабочих цилиндрах. Увеличение мощности мотора, в среднем до 10%, достигалось за счет подачи большего объема воздуха.

Итак, главные достоинства, которыми обладает турбированный двигатель по сравнению с атмосферником, сводятся к следующим моментам:

за счёт применения турбокомпрессора полезная мощность возрастает в среднем на 30%;
повышается динамика, автомобиль разгоняется за более короткий отрезок времени;
улучшаются тяговые усилия на низких оборотах;
снижается расход топлива двигателем, а также и смазки, то есть, налицо общая экономичность движка;
уменьшаются габариты силовой установки, а сама система турбонаддува тоже отличается компактностью;
экологическая безопасность связана с тем фактом, что выхлопные газы используются повторно для того, чтоб раскручивать лопасти турбины;
мотор с турбонаддувом при работе издает меньше шума;
установить такой агрегат можно практически на любое транспортное средство. При одинаковом объеме и примерно таких же габаритах он может монтироваться на старые крепежные элементы, которые остались от атмосферника.

Так ли уж хорошо турбонаддув или атмосфернику не стоит опасаться конкуренции? Самое слабое звено в его конструкции — это небольшой эксплуатационный ресурс турбины, особенно на бензиновых двигателях. Цена этого узла довольно значительна, и она подвергается ускоренному износу из-за высокой температуры выпускных газов.

Конечно, турбины ремонтируются, однако далеко не каждый сервис способен выполнить это качественно, да еще и с предоставлением гарантии на проделанную работу. Другой момент: стоимость такого ремонта может достигать половины цены нового узла. Двигатели с турбонаддувом обходятся дороже в производстве, поскольку для них применяются жаропрочные металлы и сплавы, учитывая, в какой высокой температуре приходится им функционировать.

Ну и, наконец, такие движки очень восприимчивы к качеству горюче-смазочных материалов. Если игнорировать этот момент, то возрастает вероятность детонационных процессов, которые легко могут стать причиной преждевременного капитального ремонта. Что касается системы смазки, то масло тоже должно использоваться другого качества. В него добавляются специальные присадки, рассчитанные на работу при высокой температуре. Приобретая машину с такой силовой установкой, нужно быть готовым к тому, что производить замену фильтрующих элементов и самого масла придется чаще.

Автомобиль с каким двигателем лучше выбрать

Споры между автолюбителями и экспертами из разряда: «что лучше — турбированный или атмосферный мотор» не утихают и по нынешнее время. Движки, оснащенные турбогенераторами, выпускаются большим количеством автопроизводителей. Это связано со всевозрастающим спросом на машины с высокими динамическими, тяговыми и мощностными качествами. Проще говоря, многие мечтают иметь в своем гараже упрощенную версию спорткара, на которую был бы установлен надежный и очень мощный силовой агрегат. Однако не во всех случаях его преимущества приведут к однозначному выигрышу с точки зрения всех критериев.

Однозначный ответ на вопрос, какой же двигатель лучше из описанных 2-х вариантов, дать сложно. Если речь идет о том, чтобы ежедневно выжимать из своего авто максимум мощности и чувствовать спортивную динамику, тогда выбор должен быть только в пользу турбо версии. Ведь с каждого литра рабочего объема силового агрегата удается извлечь в 2-2,5 раза больше мощности, традиционно измеряемой лошадиными силами.

В то же самое время, ресурс у таких движков гораздо меньше — это обусловлено особенностями их конструкции и условиями эксплуатации. Турбомотор гораздо чаще может потребовать ремонта, к тому же, атмосферник более экономичный по потреблению горючего. Также стоит иметь в виду, что из-за его конструктивной простоты он потребует меньше затрат в случае поломки и необходимости ремонта, то есть, он однозначно надежнее по отношению к аналогу с турбиной.

Делаем следующий вывод: хотя турбина дает больше мощности, она потребует большей заботы и регулярного обслуживания, а, возможно, более дорогостоящего ремонта. Прежде всего, это контроль качества заливаемого в бак горючего, применение специальных масел, а также меньший эксплуатационный ресурс компрессора. Атмосферник проигрывает по показателю мощности и динамики, зато является более безотказным. Также он однозначно экономичнее, то есть содержание такое машины обойдется дешевле ее обладателю.

Читать еще: Что такое абсорбция двигателя