Види автомобільних двигунів

Будь-який автоінженер починає будувати автомобіль з вибору двигуна. Ці агрегати не тільки приводять автомобіль у рух, а й визначають якість поїздки. У процесі десятиліть розробок виробники винайшли різні типи автомобільних двигунів, щоб привнести інновації та ефективність у, здавалося б, такий давно вигаданий механізм, як двигун.

Еволюція автомобільних двигунів йшла рука об руку з еволюцією нових моделей та типів автомобілів. Простіше кажучи, за цим стоїть велика історія. Сьогоднішні автомобільні двигуни складні та точно розроблені для задоволення потреб різних клієнтів.

Деякі люди віддають перевагу більшій потужності, в той час як інші більше дбають про паливну економічність. Щоб задовольнити потреби всіх типів клієнтів, автовиробники за останні кілька десятиліть розробили цілу низку різних типів двигунів. Сьогодні, щоб розширити ваші знання про двигуни, ми розкажемо про кожен з існуючих типів автомобільних моторів і покажемо чим одні кращі за інші.

Зміст:

• Скільки типів автомобільних двигунів існує?
• Типи автомобільних двигунів
• Конфігурації ДВЗ
• Обмеження двигунів внутрішнього згорання
• Майбутнє автомобільних двигунів

Скільки типів автомобільних двигунів існує?

Технологія автодвигунів пройшла довгий шлях з моменту їхньої появи в 1885 році. Вони вийшли за рамки простого парового мотора і перетворилися на більш складний і хитромудрий інженерний витвір.

Тим не менш, усі варіанти, які ви бачите, належать до таких категорій:

• Двигуни внутрішнього згорання
• Електрична силова установка
• Гібридні установки

Ці три категорії породили різноманітні конструкції та втілення. Постійні перегони з виробництва більш ефективних силових агрегатів і дотримання екологічних норм зробили їх кращими. Хоча сучасні двигуни схожі на ті, що були десятиліття тому, вони відрізняються один від одного за технологіями та ефективністю. Нові норми посилили вимоги до виробників, що неминуче призвело до появи більш ефективних моделей, здатних отримувати більше потужності з кожного грама пального.

Типи автомобільних моторів

• Двигуни внутрішнього згорання

Цей силовий агрегат є найпоширенішим з використовуваних сьогодні. Він почав своє життя як одноциліндровий двотактний мотор у 19 столітті та еволюціонував у різні конфігурації. Виробники продовжують удосконалювати цей тип двигуна для підвищення потужності та ефективності, щоб конкурувати з гібридними та електроустановками.

ДВЗ виробляють енергію за рахунок згорання палива в контрольованій камері. Потім потужність передається на колеса через трансмісію. Коротенько так можна описати роботу будь-якого бензинового або дизельного мотора.

Серед трьох типів автомобільних двигунів, перерахованих вище, це єдиний тип, який використовує виключно викопне паливо - нафту. Це може бути бензин, газ або дизель, залежно від типу згорання. Це приводить нас до двох основних видів двигунів внутрішнього згорання.

Види двигунів внутрішнього згорання

• Двигуни із запалюванням від іскри
• Мотори із запалюванням від стиснення

Двигуни із системою запалювання

Ревучий звук, який ви часто чуєте в суперкарах, походить саме від цих двигунів, хоча і з деякими модифікаціями. Ними оснащується більша частина автомобілів із силовими агрегатами внутрішнього згорання.

Цей тип двигуна має циліндри або камери згорання, в яких відбувається реакція повітря-паливо. Інжектори (або карбюратор у старих моторах) подають паливо в камеру, а впускні клапани дозволяють певній кількості повітря змішуватися з паливом.

Після чого свічка запалювання підпалює суміш, викликаючи її горіння. У результаті цієї реакції виділяється величезна енергія, яка штовхає поршень у камері вниз. Ця дія обертає маховик через з'єднання з колінчастим валом і далі крутний момент переходить на колеса.

На цьому етапі ми повинні перерахувати компоненти для ясності та легкої відмінності від інших типів автомобільних двигунів. Складові частини такі:

• Циліндри: У цих камерах відбувається процес згорання палива
• Впускні клапани: Впускають повітря в камеру згорання
• Інжектори або карбюратори: Впорскують дозоване паливо в камеру
• Свічки запалювання: Запалюють паливоповітряну суміш
• Вихлопні клапани: Видаляють згорілу суміш
• Поршні: Передають спрямовану вниз енергію на колінчатий вал
• Колінчастий вал: Перетворює вертикальний рух поршнів у круговий рух.
• Маховик: Переносить енергію від двигуна і з'єднується з трансмісією.

Основним компонентом двигунів із системою запалювання є свічка запалювання. Без неї не буде згорання та вироблення енергії.

Ці силові агрегати використовують легшу форму нафти - бензин, для створення необхідної потужності. Як наслідок, вони швидше згорають і потребують частішої дозаправки. Тепер давайте подивимося як йдуть справи з дизельним аналогом.

Двигуни із запалюванням від стиснення

Цей тип схожий з мотором, що використовує іскрове запалювання. У ньому використовується камера згорання і всі інші компоненти, але відсутні свічки запалювання.

Процес підпалювання палива тут відбувається за рахунок комбінації тепла, повітря і тиску. Як тільки тиск від поршня досягає заданого значення, відбувається займання паливоповітряної суміші.

Легкі нафтопродукти, такі як бензин, не можуть згоряти під тиском. Тому в двигунах із запалюванням від стиснення використовуються важчі продукти, серед яких найбільшою популярністю користується дизельне паливо. Інша частина процесу від згорання до приведення в дію трансмісії, залишається незмінною. Однак використання дизельного пального має деякі переваги.

Дизель - важче паливо, і згорає набагато повільніше, ніж бензин. Тому частота дозаправки нижча, ніж у варіантів з іскровим запалюванням. Крім того, дизельні агрегати виробляють більше потужності на кожен грам палива порівняно з бензиновими рішеннями. Тому вони використовуються у вантажних автомобілях і транспортних засобах великої вантажопідйомності.

Варіанти з компресією та іскровим запалюванням є одними з найпоширеніших типів автомобільних двигунів, які можна зустріти на дорогах. Однак нові правила поступово виводять їх з ужитку - детальніше про це трохи згодом.

Конфігурації ДВЗ

Силові агрегати внутрішнього згорання мають різні конфігурації залежно від розробленої виробником конструкції. Кожна конфігурація, що базується на розташуванні циліндрів, має унікальні переваги та обмеження.

Конфігурації двигунів внутрішнього згорання:

Рядні двигуни

Ця конфігурація є найпростішою з усіх. Простота і легкість складання роблять її конструкцією вибору для виробників автомобільних двигунів типу згорання.

Циліндри розташовані по прямій лінії і часто називаються "прямими двигунами". Вони можуть розташовуватися паралельно або перпендикулярно щодо автомобіля, залежно від компонування. У будь-якому разі, їхня компактність дає їм перевагу перед іншими конфігураціями.

Такі двигуни поширені в автомобілях початкового рівня, включно з хетчбеками та седанами. Вони споживають менше палива і часто мають найменшу потужність, поряд з іншими типами автомобільних двигунів. Однак такі додаткові пристрої, як турбокомпресори, можуть зрівняти їхню продуктивність у порівнянні з наступними конфігураціями.

V-подібні двигуни

У цій конфігурації циліндри утворюють V-подібну форму з рівною кількістю циліндрів по обидва боки форми. Вони потужні та присутні майже у всіх високопродуктивних автомобілях. V-подібні двигуни мають деякі переваги перед прямими варіантами.

Виробники можуть додавати більше циліндрів, зберігаючи при цьому компактний розмір. Вони все ще можуть отримати неймовірну потужність, навіть при своїх невеликих розмірах.

Не дивлячись на це, V-подібні двигуни переносять більше вібрацій, ніж інші типи автомобільних двигунів. Але це не завадило їм стати джерелом енергії для спортивних автомобілів і гіперкарів та щодня викликати захват у мільйонів автомобільних фанатів на кожному континенті.

W-подібні двигуни

Двигун W-подібної конструкції вперше з'явився 1909 року, коли триконтурний двигун Anzani було використано для приведення в рух аероплана Blériot XI для перетину Ла-Маншу. Однак перше комерційне використання цього двигуна в автомобільній промисловості було здійснено компанією Volkswagen. Існує три різні конфігурації W-подібного (або подвійного V-подібного) мотора:

• Перша конфігурація складається з трьох блоків циліндрів, що мають спільний колінчастий вал. Через схожість із британською маркою Broad Arrow вона також відома як конфігурація Broad Arrow.
• Друга конфігурація складається з чотирьох блоків циліндрів, що мають спільний колінчастий вал. Цей двигун також відомий як "double-V".
• Третя і остання конфігурація - це двигун з двома блоками циліндрів і двома колінчастими валами.

W-подібні двигуни в основному використовуються в автомобілях концерну Volkswagen. Bugatti Veyron - найвідоміший приклад автомобіля з мотором цієї конфігурації (W16).

Опозитні двигуни (Flat Head)

Плоска конфігурація - це останній і не дуже поширений тип двигуна внутрішнього згорання. У цій конструкції циліндри розташовані горизонтально по обидва боки від колінчастого вала.

Плоскі двигуни мають низький центр тяжіння, що значно покращує керованість. Однак вони дорожчі та складніші у виробництві. Лише кілька автомобільних марок все ще виробляють їх, включно з Subaru та Porsche - роблячи найкращі опозитні мотори, що видають особливий та неповторний звук.

Обмеження двигунів внутрішнього згорання

Сьогодні ДВЗ мають такі обмеження:

• Викиди

Не дивлячись на гігантські успіхи в їх розробці, двигуни внутрішнього згорання не позбавлені шкідливих викидів. У зв'язку з глобальним потеплінням, що займає більшу частину дискусій про клімат, їх використання поступово скорочується. Більшість просунутих країн планують поступово відмовитися від цих силових агрегатів до 2050 року.

В ідеалі двигуни внутрішнього згорання повинні виробляти CO2 і воду після згорання. Часто це не так, що призводить до утворення СО - токсичного газу в атмосфері Землі.

• Високі експлуатаційні витрати

Двигуни внутрішнього згорання потребують регулярного обслуговування для підтримання їх у робочому стані. Часто водії повинні міняти мастила для запобігання поломок. І витрати на обслуговування з посиленням норм викидів, а згодом і збільшенням складності двигунів, можуть швидко стати значними та схилити покупців до альтернатив ДВЗ.

• Електричні двигуни

Не дивлячись на те, що тільки нещодавно у світі почалося впровадження електромобілів, ця технологія з'явилася ще в 19 столітті. Новий поштовх був зроблений у спробі скоротити викиди парникових газів уже в 21 столітті.

Використання цих типів автомобільних двигунів, здається, повністю виключає викиди від двигунів. Хоча це не насправді так, електромобілі цілком можуть стати майбутнім автомобілів.

На відміну від двигуна внутрішнього згорання, електромобілі мають просту архітектуру. Це підводить нас до основних компонентів електричних двигунів, які виглядають наступним чином:

Електродвигуни: Замість камер згорання, які приводять у рух колінчастий вал, електромотори приводять у рух колеса. Деякі виробники можуть використовувати електродвигуни для кожного колеса або два - для переднього і заднього. Крім того, вони можуть бути як змінного, так і постійного струму; вибір визначає необхідність використання інвертора.

Інвертор: Цей компонент перетворює постійний струм від батарей у змінний для приводу двигунів. Він необхідний тільки в тому випадку, якщо двигуни працюють від мережі змінного струму.

Акумулятор: У звичайних автомобільних двигунах для отримання необхідної потужності використовується суміш палива і повітря. В електромобілі енергію для приводу двигунів "віддають" акумулятори. Електричні двигуни є відмінною рисою більшості екологічно чистих автомобілів через відсутність шкідливих викидів.

• Гібридні двигуни

Одне можна сказати напевно, читаєте ви цю статтю з мобільного чи ноутбука - акумулятор вашого пристрою розрядиться, якщо ви не будете його заряджати. Те ж саме неминуче відбувається і з електричними двигунами.

Щоб вирішити цю проблему, виробники придумали спосіб заряджати акумулятори під час руху. Це призвело до появи гібридного двигуна - комбінації двигуна внутрішнього згорання та електричного двигуна (частіше за інші).

Крім поєднання найкращих властивостей акумуляторів і двигунів внутрішнього згорання, гібридні конструкції мають ряд переваг. Одна з них - зниження викидів шкідливих речовин порівняно з двигунами внутрішнього згоряння. Іншою перевагою є миттєве відчуття приросту крутного моменту, яке дають електродвигуни. Незважаючи на розвиток технологій, двигуни внутрішнього згорання відстають у перші секунди розгону.

Виробники багатьох суперкарів зараз використовують гібридні двигуни, щоб отримати миттєвий крутний момент і зберегти потужність двигунів внутрішнього згорання.

Гібридна силова установка посідає унікальне місце серед різних типів автомобільних двигунів. Основним рушійним фактором може бути як двигун внутрішнього згорання, так і електромотори.

Відтак, гібридні двигуни мають різні конфігурації. У міських автомобілях як основний рухомий елемент використовуються електродвигуни, а в спортивних автомобілях основною "силою руху" є ДВЗ.

Майбутнє автомобільних двигунів

Сучасна тенденція показує, що електрична енергія перевершить, і в кінцевому підсумку замінить інші типи автомобільних двигунів. Вона продемонструвала величезний потенціал для розвитку транспортного сектору.

До численних переваг електричних двигунів належать:

• Скорочення або відсутність викидів.
• Мінімальний шумовий вплив.
• Зниження залежності від нафти та нафтопродуктів.
• Гибкість конструкції побудови автомобіля.

Не дивлячись на численні переваги, електричні двигуни не позбавлені обмежень. Вартість виробництва акумуляторних батарей зростає, і виникають побоювання з приводу видобутку корисних копалин.

Крім того, виробництво батарей забруднює навколишнє середовище більше, ніж двигуни внутрішнього згорання. Але майбутні технологічні розробки, найімовірніше, зроблять видобуток і виробництво батарей екологічнішими і підвищать їхню ефективність, залишивши позаду поточні розробки ДВЗ.

Що в підсумку?

Автомобілі пройшли довгий шлях розвитку, і одним з основних напрямків є розробка нових типів автомобільних двигунів.

Інновації тривають, і поки що двигуни внутрішнього згорання все ще є найдовговічнішими та найпоширенішими у світі. і хоч у просунутих країнах від них починають відмовлятися, у країнах третього світу ДВЗ ще довго використовуватимуться.

У майбутньому ми спостерігатимемо інновації у всіх трьох конфігураціях автомобільних двигунів. Незалежно від того, чи буде в нас більше електромобілів, чи інших типів моторів, в основі будь-якої нової розробки лежатимуть норми викидів та ефективність.

Побачимося в майбутньому!

Підписуйтесь на наші соц мережі

Автор: Максим Перепелиця