Сегодня в статье мы поговорим о том, какими бывают двигатели. Мы разберем их классификации, виды и различия между ними.
Классифицировать двигатели можно по нескольким критериям: Существует несколько разновидностей двигателей:
- По типу используемого топлива:
- По способу образования горючей смеси:
- По способу воспламенения:
- По конструкции:
В рамках этой стать и электрические и водородные двигатели рассматриваться не будут, так как они заслуживают отдельного разговора *
И так начнем по порядку:
1. По типу используемого топлива
Двигатели внутреннего сгорания(ДВС), в подавляющем большинстве бывают 2 типов: бензиновые и дизельные. Сравни эти 2 типа двигателей.
▎1. Принцип работы
• Бензиновые двигатели: Работают на основе цикла Отто. В них топливо смешивается с воздухом, и смесь сжимается, после чего происходит искровое зажигание.
• Дизельные двигатели: Работают на основе цикла Дизеля. В них воздух сначала сжимается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется от высокой температуры воздуха.
▎2. Эффективность
• Бензиновые двигатели: Обычно имеют меньшую степень сжатия, что делает их менее эффективными по сравнению с дизельными. Однако они обеспечивают более высокую мощность на оборот.
• Дизельные двигатели: Имеют более высокую степень сжатия, что позволяет им быть более эффективными и экономичными в расходе топлива.
▎3. Топливо
• Бензиновые двигатели: Работают на бензине, который легче воспламеняется и имеет меньшую плотность энергии.
• Дизельные двигатели: Работают на дизельном топливе, которое имеет большую плотность энергии и обеспечивает большую дальность пробега.
▎4. Выбросы
• Бензиновые двигатели: Обычно выделяют больше углерода и углеводородов, но меньше оксидов азота (NOx) и сажевых частиц.
• Дизельные двигатели: Выделяют меньше углекислого газа, но больше NOx и сажевых частиц, что требует установки дополнительных систем очистки выбросов.
▎5. Долговечность и обслуживание
• Бензиновые двигатели: Обычно имеют меньший срок службы по сравнению с дизельными, но их обслуживание может быть проще и дешевле.
• Дизельные двигатели: Обычно более долговечны благодаря прочной конструкции, но могут требовать более дорогого обслуживания.
▎6. Стоимость
• Бензиновые двигатели: Обычно дешевле в производстве и покупке.
• Дизельные двигатели: Как правило, дороже в производстве, но могут быть более экономичными в эксплуатации при больших пробегах.
▎7. Применение
• Бензиновые двигатели: Чаще используются в легковых автомобилях и спортивных машинах.
• Дизельные двигатели: Широко применяются в грузовых автомобилях, автобусах и некоторых легковых автомобилях, особенно в Европе.
2. По способу образования горючей смеси:
Критерий довольно сложен для понимания, и в рамках этой статьи вряд ли удастся раскрыть его полностью. Поэтому здесь мы просто сравним два типа образования горючей смеси, а позже объясним эти принципы более подробно.
▎1. Принцип работы
• Двигатели внутреннего сгорания (ДВС): В этих двигателях процесс сгорания топлива происходит внутри цилиндров. Топливо смешивается с воздухом, сжимается, а затем воспламеняется (в бензиновых двигателях — искровым зажиганием, в дизельных — от высокой температуры сжатия).
• Двигатели внешнего сгорания: В этих двигателях процесс сгорания топлива происходит вне рабочего цилиндра. Тепло от сгорания передается рабочему телу (например, пару или жидкости), которое затем приводит в движение поршни или другие механизмы. Примером таких двигателей являются паровые машины и Stirling-двигатели.
▎2. Эффективность
• ДВС: Обычно имеют высокую мощность на малых размерах и весе, но их эффективность может варьироваться в зависимости от конструкции и типа.
• Двигатели внешнего сгорания: Могут быть более эффективными в преобразовании тепла в работу, так как работают при более низких температурах и давлениях, что снижает риск детонации.
▎3. Выбросы
• ДВС: Обладают высоким уровнем выбросов вредных веществ (углерода, оксидов азота и углеводородов), что требует установки систем очистки.
• Двигатели внешнего сгорания: Обычно имеют более чистые выбросы, так как могут использовать различные виды топлива, включая биомассу и отходы.
▎4. Конструкция и размеры
• ДВС: Компактны и легки, что делает их идеальными для использования в автомобилях и других транспортных средствах.
• Двигатели внешнего сгорания: Обычно более громоздкие и тяжелые, что ограничивает их применение в мобильных устройствах.
▎5. Область применения
• ДВС: Широко используются в легковых автомобилях, грузовиках, мотоциклах и многих других транспортных средствах.
• Двигатели внешнего сгорания: Находят применение в стационарных установках, таких как электростанции, а также в некоторых специализированных областях, например, в паровых locomotives и судах.
▎6. Обслуживание
• ДВС: Требуют регулярного технического обслуживания, включая замену масла, фильтров и свечей зажигания.
• Двигатели внешнего сгорания: Могут требовать меньше обслуживания, но их сложность может варьироваться в зависимости от конструкции.
3. По способу воспламенения
Этот критерий очень похож на первый пункт, но все же имеет смысл выделить его и обсудить чуть подробнее.
▎1. Принцип работы
• Искровое зажигание: В этом методе используется свеча зажигания, которая создает искру, воспламеняющую топливно-воздушную смесь в цилиндре двигателя. Этот способ характерен для бензиновых двигателей.
• Воспламенение от сжатия: В этом методе смесь воспламеняется за счет высокой температуры, достигаемой при сжатии воздуха и топлива в цилиндре. Этот способ используется в дизельных двигателях, где топливо впрыскивается в сильно сжатый воздух.
▎2. Тип топлива
• Искровое зажигание: Обычно применяется для бензиновых двигателей, которые используют легковоспламеняющиеся топлива.
• Воспламенение от сжатия: Используется для дизельных двигателей, которые работают на более тяжелых и менее летучих топливах.
▎3. Эффективность и мощность
• Искровое зажигание: Может быть менее эффективным при высоких нагрузках, так как искра может не всегда обеспечивать полное сгорание смеси. Однако современные технологии (например, многократный впрыск) улучшают эту характеристику.
• Воспламенение от сжатия: Обеспечивает более полное сгорание топлива и, как правило, имеет более высокий крутящий момент на низких оборотах, что делает его более эффективным для тяжелых транспортных средств.
▎4. Экологические аспекты
• Искровое зажигание: Бензиновые двигатели часто выбрасывают больше углеводородов и окислов азота, хотя современные катализаторы помогают снизить эти выбросы.
• Воспламенение от сжатия: Дизельные двигатели могут выделять больше частиц и оксидов азота, но они обычно имеют более низкий уровень углеводородов.
▎5. Сложность конструкции
• Искровое зажигание: Система зажигания (свечи, катушки) требует обслуживания, но сама конструкция двигателя может быть проще.
• Воспламенение от сжатия: Дизельные двигатели имеют более сложную систему впрыска и требуют более прочных материалов из-за высоких температур и давлений.
4. По конструкции:
Это, пожалуй, один из самых интересных критериев, поскольку типов двигателей по конструкции огромное множество. Однако здесь мы обсудим самые интересные и наиболее часто применяемые на практике.
▎1. Рядные двигатели
Рядные двигатели — это тип поршневых двигателей внутреннего сгорания, в которых цилиндры расположены в одном прямом ряду. Это одна из самых распространенных конфигураций двигателей, особенно в легковых автомобилях. Бывают расположены в автомобиле поперечно и продольно.
Преимущества и недостатки:
▎Конструкция
1. Расположение цилиндров: Все цилиндры находятся в одной линии, что делает конструкцию более простой и компактной.
2. Количество цилиндров: Рядные двигатели могут иметь различное количество цилиндров, чаще всего 3, 4, 5 или 6. Например, рядный 4-цилиндровый двигатель является одним из самых распространенных.
3. Кривошипно-шатунный механизм: Как и в других типах двигателей, рядные двигатели используют кривошипно-шатунный механизм для преобразования линейного движения поршней в вращательное движение коленчатого вала.
▎Преимущества
1. Компактность: Благодаря линейной конструкции, рядные двигатели занимают меньше места по сравнению с V-образными аналогами, что облегчает установку в автомобилях.
2. Простота конструкции: Меньшее количество деталей и упрощенная система охлаждения и смазки делают их более надежными и менее подверженными поломкам.
3. Экономия топлива: Рядные 4- и 6-цилиндровые двигатели часто имеют хорошую топливную экономичность, что делает их популярными для легковых автомобилей.
4. Хорошая балансировка: Рядные 4- и 6-цилиндровые двигатели могут быть хорошо сбалансированы, что снижает вибрации и повышает комфорт при работе.
▎Недостатки
1. Мощность: В сравнении с V-образными двигателями, рядные двигатели могут иметь меньшую максимальную мощность при одинаковом объеме.
2. Габариты: Хотя они компактны по ширине, длинные рядные двигатели (например, 6-цилиндровые) могут занимать больше места по длине, что может быть проблемой для некоторых автомобилей.
2. V-образные двигатели
V-образные двигатели — это тип поршневых двигателей внутреннего сгорания, в которых цилиндры расположены в двух рядах под углом друг к другу, образуя форму буквы "V". Эта конфигурация позволяет создавать более компактные и мощные двигатели по сравнению с рядными аналогами.
Преимущества и недостатки:
▎Конструкция
1. Расположение цилиндров: Цилиндры разделены на два ряда, обычно под углом 60°, 90° или 120°. Это позволяет значительно сократить длину двигателя по сравнению с рядными двигателями.
2. Количество цилиндров: V-образные двигатели могут иметь различное количество цилиндров, наиболее распространенные варианты — V6 (6 цилиндров), V8 (8 цилиндров), V10 (10 цилиндров) и V12 (12 цилиндров).
3. Кривошипно-шатунный механизм: Как и в других типах двигателей, используется кривошипно-шатунный механизм для преобразования линейного движения поршней в вращательное движение коленчатого вала.
▎Преимущества
1. Компактность: Благодаря V-образной конструкции, двигатели занимают меньше места по длине, что позволяет устанавливать их в более ограниченных пространствах.
2. Мощность: V-образные двигатели могут обеспечивать большую мощность и крутящий момент благодаря большему количеству цилиндров и возможности использования больших объемов.
3. Более плавная работа: V-образные двигатели могут быть лучше сбалансированы, что снижает вибрации и обеспечивает более плавную работу.
4. Гибкость в проектировании: Различные углы между рядами цилиндров позволяют производителям оптимизировать конструкцию для достижения желаемых характеристик.
▎Недостатки
1. Сложность конструкции: V-образные двигатели имеют более сложную конструкцию, что может приводить к увеличению затрат на производство и обслуживание.
2. Вес: Обычно они тяжелее рядных двигателей из-за большего количества деталей и более сложной конструкции.
3. Топливная экономичность: В некоторых случаях V-образные двигатели могут быть менее экономичными по сравнению с рядными аналогами, особенно при больших объемах.
▎Применение
V-образные двигатели широко используются в спортивных автомобилях, внедорожниках, грузовиках и других мощных транспортных средствах. Они популярны среди производителей автомобилей, стремящихся создать высокопроизводительные модели.
Примеры V-образных двигателей:
• V6: Часто используется в средних и крупных легковых автомобилях (например, Ford Explorer, Nissan Maxima).
• V8: Широко применяется в спортивных автомобилях и грузовиках (например, Chevrolet Silverado, Ford Mustang).
3. Оппозитные двигатели
Оппозитные двигатели, также известные как боксерные или горизонтально-оппозитные двигатели, представляют собой тип поршневого двигателя внутреннего сгорания, в котором цилиндры расположены в двух рядах, противоположных друг другу, обычно под углом 180°. Это создает характерную "плоскую" форму двигателя.
Преимущества и недостатки:
▎Основные характеристики
1. Расположение цилиндров: Цилиндры расположены горизонтально и противоположны друг другу, что обеспечивает низкий центр тяжести и улучшает устойчивость автомобиля.
2. Количество цилиндров: Оппозитные двигатели могут иметь различное количество цилиндров, наиболее распространенные варианты — это 4-цилиндровые и 6-цилиндровые двигатели.
3. Кривошипно-шатунный механизм: Как и в других типах двигателей, используется кривошипно-шатунный механизм для преобразования линейного движения поршней в вращательное движение коленчатого вала.
▎Преимущества
1. Низкий центр тяжести: Оппозитная конфигурация позволяет достичь низкого центра тяжести, что улучшает управляемость и устойчивость автомобиля.
2. Сбалансированность: Двигатель хорошо сбалансирован, что снижает вибрации и обеспечивает более плавную работу.
3. Компактность: Оппозитные двигатели имеют меньшую высоту по сравнению с рядными или V-образными двигателями, что может быть полезно при проектировании автомобилей.
4. Хорошая охлаждаемость: Благодаря горизонтальному расположению цилиндров, охлаждение может быть более эффективным.
▎Недостатки
1. Сложность конструкции: Оппозитные двигатели могут быть сложнее в производстве и ремонте из-за своей конструкции.
2. Ширина: Они могут занимать больше места по ширине, что может ограничивать использование в некоторых автомобилях.
3. Стоимость: Из-за своей специфической конструкции оппозитные двигатели могут быть дороже в производстве и обслуживании.
▎Применение
Оппозитные двигатели наиболее известны благодаря использованию в автомобилях марки Subaru и Porsche. Они также применяются в некоторых других автомобилях и мотоциклах.
Примеры оппозитных двигателей:
• Subaru: Все модели Subaru используют оппозитные двигатели, начиная от Subaru Impreza до Subaru Outback.
• Porsche: Porsche 911 использует оппозитные 6-цилиндровые двигатели, что стало одной из его характерных особенностей.
4. Роторный двигатель.
Роторный двигатель, также известный как роторно-поршневой или Ванкелевский двигатель, представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания, в котором используется ротор вместо традиционных поршней. Этот тип двигателя был разработан немецким инженером Феликсом Ванкелем в 1950-х годах и стал известным благодаря своей уникальной конструкции и принципу работы. Кстати на канале была целая статья про этот тип двигателей, рекомендуем её тоже прочитать. https://dzen.ru/a/Zwa0bIJU1mnonl2j?share_to=link
Преимущества и недостатки:
▎Основные характеристики
1. Структура: Роторный двигатель состоит из роторной камеры, в которой установлен треугольный ротор, вращающийся вокруг эксцентричной оси. Ротор движется по эллиптической траектории внутри корпуса двигателя.
2. Рабочий цикл: Роторный двигатель проходит через четыре основных процесса за один полный оборот ротора:
• Впуск
• Сжатие
• Сгорание (рабочий ход)
• Выпуск
3. Компактность и легкость: Роторные двигатели обычно меньше и легче, чем традиционные поршневые двигатели с аналогичной мощностью.
▎Преимущества
1. Компактность и легкость: Роторные двигатели имеют меньшие размеры и вес по сравнению с поршневыми аналогами, что позволяет экономить пространство и снижать общий вес автомобиля.
2. Меньшее количество движущихся частей: В роторном двигателе меньше движущихся частей, что может привести к меньшему количеству поломок и более простой конструкции.
3. Плавная работа: Благодаря постоянному вращению ротора, работа двигателя более плавная и стабильная, что снижает вибрации.
4. Высокая мощность на единицу объема: Роторные двигатели могут обеспечивать высокую мощность относительно своих размеров.
▎Недостатки
1. Низкая топливная эффективность: Роторные двигатели часто имеют более низкую топливную эффективность по сравнению с поршневыми двигателями, что может привести к большему расходу топлива.
2. Износ и надежность: Роторные двигатели могут быть более подвержены износу, особенно в области уплотнений, что может снижать их долговечность.
3. Сложность в производстве: Из-за уникальной конструкции роторных двигателей их производство может быть более сложным и дорогим.
▎Применение
Роторные двигатели использовались в различных автомобилях, мотоциклах и даже в авиации. Наиболее известные примеры:
• Mazda: Компания Mazda активно использовала роторные двигатели в своих автомобилях, включая модели RX-7 и RX-8. Эти автомобили стали культовыми благодаря своей высокой производительности и уникальному характеру работы двигателя.
• NSU: Автомобили NSU Ro 80 были одними из первых серийных автомобилей с роторным двигателем.
5. W-образный двигатель.
W-образный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания, который имеет две рядные группы цилиндров, расположенные под углом друг к другу, образуя форму буквы "W". Этот тип двигателя сочетает в себе элементы V-образного и рядного двигателя, что позволяет ему иметь компактные размеры при высокой мощности.
Преимущества и недостатки:
▎Основные характеристики
1. Конструкция: W-образный двигатель состоит из четырех или более рядов цилиндров, обычно организованных в два блока. Наиболее распространенные варианты — это W12 и W16, где "12" и "16" обозначают количество цилиндров.
2. Угол между рядами: Угол между рядами цилиндров может варьироваться, но обычно составляет 60 или 90 градусов.
3. Компактность: Из-за своей конструкции W-образные двигатели могут быть более компактными по сравнению с аналогичными V-образными двигателями с тем же количеством цилиндров.
▎Преимущества
1. Высокая мощность: W-образные двигатели способны развивать большую мощность благодаря большому количеству цилиндров, что делает их популярными в спортивных и высокопроизводительных автомобилях.
2. Компактный дизайн: Компактная форма позволяет размещать такие двигатели в автомобилях с ограниченным пространством под капотом.
3. Гладкая работа: Благодаря сбалансированной конструкции W-образные двигатели могут работать более плавно, чем некоторые другие типы двигателей.
4. Гибкость: W-образные двигатели могут быть использованы как в бензиновых, так и в дизельных вариантах, а также могут быть адаптированы для использования в гибридных системах.
▎Недостатки
1. Сложность конструкции: Из-за своей сложной конструкции W-образные двигатели могут быть более сложными и дорогими в производстве и обслуживании.
2. Вес: Хотя они компактны, такие двигатели могут быть тяжелее по сравнению с другими типами двигателей с аналогичной мощностью.
3. Проблемы с охлаждением: Из-за плотной компоновки цилиндров может возникнуть проблема с охлаждением, что требует дополнительных решений.
▎Применение
W-образные двигатели чаще всего встречаются в высокопроизводительных автомобилях и спортивных автомобилях. Некоторые известные примеры:
• Volkswagen Group: W12 и W16 двигатели используются в таких моделях, как Bugatti Veyron и Lamborghini Gallardo.
• Audi: Audi использует W12 двигатели в некоторых своих моделях, таких как Audi A8.
Всем спасибо за внимание, увидимся в новых статьях !