Что означает атмосферный двигатель автомобиля

From Wikipedia, the free encyclopedia

A naturally aspirated engine, also known as a normally aspirated engine, and abbreviated to N/A or NA, is an internal combustion engine in which air intake depends solely on atmospheric pressure and does not have forced induction through a turbocharger or a supercharger.^[1]

Description[edit]

In a naturally aspirated engine, air for combustion (Diesel cycle in a diesel engine or specific types of Otto cycle in petrol engines, namely petrol direct injection) or an air/fuel mixture (traditional Otto cycle petrol engines), is drawn into the engine’s cylinders by atmospheric pressure acting against a partial vacuum that occurs as the piston travels downwards toward bottom dead centre during the intake stroke. Owing to innate restriction in the engine’s inlet tract, which includes the intake manifold, a small pressure drop occurs as air is drawn in, resulting in a volumetric efficiency of less than 100 percent—and a less than complete air charge in the cylinder. The density of the air charge, and therefore the engine’s maximum theoretical power output, in addition to being influenced by induction system restriction, is also affected by engine speed and atmospheric pressure, the latter of which decreases as the operating altitude increases.

This is in contrast to a forced-induction engine, in which a mechanically driven supercharger or an exhaust-driven turbocharger is employed to facilitate increasing the mass of intake air beyond what could be produced by atmospheric pressure alone. Nitrous oxide can also be used to artificially increase the mass of oxygen present in the intake air. This is accomplished by injecting liquid nitrous oxide into the intake, which supplies significantly more oxygen in a given volume than is possible with atmospheric air. Nitrous oxide is 36.3% available oxygen by mass after it decomposes as compared with atmospheric air at 20.95%. Nitrous oxide also boils at −127.3 °F (−88.5 °C) at atmospheric pressures and offers significant cooling from the latent heat of vaporization, which also aids in increasing the overall air charge density significantly compared to natural aspiration.

Applications[edit]

Most automobile petrol engines, as well as many small engines used for non-automotive purposes, are naturally aspirated.^[2] Most modern diesel engines powering highway vehicles are turbocharged to produce a more favourable power-to-weight ratio, a higher torque curve, as well as better fuel efficiency and lower exhaust emissions. Turbocharging is nearly universal on diesel engines that are used in railroad, marine engines, and commercial stationary applications (electrical power generation, for example). Forced induction is also used with reciprocating aircraft engines to negate some of the power loss that occurs as the aircraft climbs to higher altitudes.

Advantages and disadvantages[edit]

The advantages and disadvantages of a naturally aspirated engine in relation to a same-sized engine relying on forced induction include:

Advantages[edit]

• Easier to maintain and repair
• Lower development and production costs
• Increased reliability, partly due to fewer separate, moving parts
• More direct throttle response than a turbo system due to the lack of turbo lag (an advantage also shared with superchargers)
• Less potential for overheating and or uncontrolled combustion (pinging/ knocking)

Disadvantages[edit]

• Decreased efficiency
• Decreased power-to-weight ratio
• Decreased potential for tuning
• Increased power loss at higher elevation (due to lower air pressure) compared to forced induction engines

See also[edit]

• Carburetor
• Fuel injection
• Manifold vacuum

References[edit]

Все мы привыкли при описании автомобиля использовать слова — турбированный двигатель, интеркулер, дизель, при этом худо бедно представляем себе, что это такое. Как ни странно, но некоторых ставит в тупик определение — атмосферный двигатель. Так что же такое этот самый атмосферный двигатель? На самом деле, как говорится, все гениальное просто, так и в этом случае.

Это один из самых первых двигателей созданных человеком. И свое название он берет от той самой атмосферы, которая окружает нас и при этом также участвует и в процессе горения смеси в двигателе. Смесь создается за счет затягивания воздуха поршнями через карбюратор, ресивер инжектора и подающейся горючей жидкости (бензин или дизельное топливо) То есть атмосферный двигатель — это самый обычный двигатель, без применения каких либо специализированных устройств влияющих на баланс питающей смеси двигателя (турбина, компрессор, интеркулер). Теперь раз уж мы так быстро разобрались с вопросом что же такое атмосферный двигатель, то коснемся его особенностей.

• Особенности атмосферного двигателя

Первоначально расчет питания двигателей был прост, найти оптимальный баланс между горючей жидкостью и атмосферным воздухом. Оптимальным соотношением смеси для атмосферного, как впрочем и других видов двигателей внутреннего сгорания является соотношение 1 к 14, то есть 1 объем бензина к 14 объемам воздуха.

Проблема вычислить это соотношение стала не самой большой, а намного более значительным стал вопрос, как это соотношение обеспечить. Так при разбросе оборотов двигателя сильно меняется его затягивающая способность в отношении атмосферного воздуха. На низких оборотах атмосферный двигатель не в состоянии затянуть нужный объем воздуха, так как частота и ход поршней в цилиндрах просто не обеспечат необходимый объем воздуха, затягиваемый в единицу времени. При высоких оборотах проблемой станет пропускное сечение воздуховода и воздушный фильтр, которые при пропускании больших объемов воздуха, будут «душить» подачу атмосферного потока в двигатель, за счет ограниченного сечения, создавать значительное сопротивление для его прохождения. Тем не менее, при этих минусах стоит сказать и о плюсах.

• Достоинства и применение атмосферного двигателя на автомобиле

Атмосферные двигатели и до настоящего времени являются самыми распространенными двигателями применяемые в автомобилестроении. Надежность, предсказуемость и ремонтопригодность атмосферных двигателей все же выше, чем для других конструкций питания двигателей. А вот о том, какие же системы питания, а вернее нагнетания воздуха для двигателей существуют, вы можете узнать более подробно из статьи «От воздухозаборника на капот до компрессора».

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.

В списке различных характеристик двигателей всегда присутствует деление силовых агрегатов на так называемые атмосферные и моторы с наддувом. Наддувными или атмосферными могут быть как бензиновые, так и дизельные силовые агрегаты. Необходимо добавить, что современные дизельные двигатели на автомобилях практически всегда являются турбированными (турбодизель). Далее мы рассмотрим, что такое атмосферный двигатель и чем он отличается от мотора с наддувом, а также о преимуществах и недостатках атмосферных двигателей.

Принцип работы атмосферного мотора

Как известно, в основе работы любого ДВС лежит сгорание топлива в цилиндрах. Необходимо добавить, что под топливом стоит понимать не только чистый бензин для бензиновых моторов или дизтопливо (солярку) для дизельных двигателей, а топливно-воздушную смесь. Данная смесь (на примере бензинового мотора) представляет собой 1 часть бензина и около 14 частей воздуха, т.е. имеет соотношение 1:14,7. За приготовление такой смеси отвечает карбюратор или инжектор, зависимо от системы питания двигателя.

Атмосферный двигатель является таким типом мотора, который первым был создан в начале эпохи двигателестроения. Само понятие «атмосферный» основывается на том, что естественное атмосферное давление принимает непосредственное участие в том процессе, под которым следует понимать образование топливно-воздушной смеси и ее последующее сгорание в цилиндрах двигателя. Смесь основного вида топлива (зависимо от типа двигателя) и воздуха в атмосферных агрегатах образуется в результате того, что поршни мотора работают подобно насосу, затягивая наружный воздух из атмосферы через специальный воздуховод. По такому принципу работает карбюраторный мотор, бензиновый двигатель с инжектором и дизельный атмосферный агрегат. Главные отличия заключаются только в общих принципах реализации систем смесеобразования и последующей подачи в цилиндры двигателя.

Что касается турбомоторов, главным их отличием от атмосферного агрегата является наличие механического компрессора или турбокомпрессора, а также комплексного сочетания таких решений, которые специально нагнетают воздух в двигатель под высоким давлением. В отличие от двигателя, который работает при обычном атмосферном давлении, в моторах с турбиной или компрессором среднее давление наддувочного воздуха составляет от 1.5 до 3 атмосферных давлений. Результатом становится то, что при одинаковом рабочем объеме турбомотор может сжечь больше топлива и выдает намного больше мощности сравнительно с атмосферным.

Преимущества и недостатки атмосферного двигателя

Атмосферный бензиновый двигатель сегодня является наиболее популярным и доступным по цене мотором, который устанавливается на подавляющее большинство автомобилей. Что касается дизелей, то современные моторы данного типа на легковых авто практически всегда оснащаются турбонаддувом.

Плюсы атмосферных ДВС

Главной отличительной особенностью атмосферных двигателей является относительная простота конструкции моторов данного типа. Также стоит выделить больший моторесурс атмосферных бензиновых и дизельных ДВС сравнительно с турбодвигателями. На практике средний срок эксплуатации «атмосферников» в обычных режимах (при условии качественного и своевременного обслуживания) может составлять около 400 — 500 тысяч пройденных километров до первого капитального ремонта. Для турбированных агрегатов ремонт может понадобиться уже через 200-250 тыс. километров.

Атмосферные двигатели проще обслуживать и эксплуатировать, так как простая конструкция данного типа двигателя менее требовательна к качеству горючего и моторного масла. Атмосферные моторы лучше переносят случайную заправку бензином или соляркой низкого качества. Также отмечается высокая ремонтопригодность атмосферных двигателей. Такие двигатели меньше нагружены сравнительно с ДВС, которые оборудованы механическими нагнетателями или турбокомпрессорами.

Минусы атмосферников

При всех очевидных преимуществах атмосферный мотор не лишен определенных недостатков. Такие двигатели тяжелее и больше по размерам, по мощности, показателю крутящего момента и динамике разгона атмосферные агрегаты явно проигрывают ДВС с наддувом. 

Дело в том, что схема питания атмосферника за счет самостоятельного забора наружного воздуха не позволяет обеспечить оптимальное соотношение топлива и воздуха 1:14 на всех режимах работы двигателя. Другими словами, при низких оборотах мотор засасывает меньше воздуха, а на высоких оборотах эффективному забору воздуха препятствует проходное сечение воздуховодов, сопротивление воздушного фильтра и т.д. Результатом становится то, что на «низах» атмосферник еще не тянет, а на «верхах» уже не тянет. Эффективность работы агрегата на таких режимах заметно снижается, атмосферный мотор обеспечивает наилучшую отдачу в более узком диапазоне сравнительно с турбированными ДВС.