Виды Двигателей Внутреннего Сгорания (ДВС)

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания — это один из самых популярных на сегодняшний день видов двигателей. Принцип его работы построен на воспламенении смеси в камере сгорания и преобразовании её в энергию. Основной элемент в таком устройстве — поршень. Он опускается в нижнюю точку, в цилиндр впрыскивается топливо с воздухом, затем он поднимает их вверх до момента детонации.

Такие агрегаты используются в воздушных, морских и наземных транспортных средствах. До недавнего времени все автомобили выходили с конвейера только с ДВС. Пока компания Тесла не совершила прорыв в автомобилестроении и не запустила потоковое производство электромобилей.

Какие бывают виды двигателей?

Сложно создать новые виды двигателей внутреннего сгорания. В своём современном состоянии они существуют давно и уже прошли проверку временем. По принципу действия они относительно одинаковые, но каждый производитель вносит «изюминку» в агрегаты, которые выпускает. Это может быть уникальная форма поршней, система впрыска или количество клапанов.

Виды ДВС классифицируются по конструкции: рядные, V-образные, роторные и оппозитные.

Рядные моторы

Самые простые и дешевые в обслуживании и ремонте. Цилиндры стоят в ряд, один за другим. Чем больше их количество, тем больше рабочий объём.

Первый мотор был таким и имел 3 цилиндра. Сейчас такие встречаются на малолитражках. От них не ждут значительной мощности. Но они показывают маленький расход.

Наиболее популярный ДВС — 4-цилиндровый. Его максимальный объём достигает 3 литров. Такой установлен на большей части автомобилей эконом-класса. Например, Мазда 3, Форд Фокус, Тойота Королла, Рено Логан, Хонда Цивик.

В авто помощнее уже рядная шестерка. У неё оптимальное соотношение размера и ресурса. Легко помещается под капотом. Остальные агрегаты, в которых больше гильз, уже не такие надежные. Их проблемно разместить в подкапотном пространстве из-за больших габаритов и для них необходимы надежные подушки двигателя.

Преимущества рядных двигателей

• надежность
• низкая стоимость ремонта
• удобное расположение

Недостатки рядных двигателей

• громоздкость
• высота

V-образные моторы

Цилиндры расположены под углом, друг напротив друга. Угол развала зависит от их количества. Такое строение позволяет получить мощный движок не большого размера. 8-цилиндровый рядный выглядит громоздко и практически не используется в легковых или грузовых автомобилях. Такой же V-образный мотор занимает гораздо меньше места.

Основное преимущество в количестве лошадиных сил и моменте, которые можно получить на таком блоке.

В повседневных машинах популярны V6, V8. Они встречаются на премиальных авто и внедорожниках — Toyota Camry, Nissan 350Z, Nissan Murano. Стоимость обслуживания получается в два раза больше, чем у рядных. При капитальном ремонте количество прокладок, поршней, клапанов, сальников нужно умножать на 2. Визуально у ДВС две ГБЦ.

Существуют также разновидности V10, V12. Встречаются на спорткарах, типа Lamborghini Huracan, Porsche Carrera GTS, AUDI R8 и не предназначены для ежедневного использования. Большой минус любого варианта в сильных вибрациях при работе. Их очень трудно сгладить.

Преимущества V-образных двигателей:

• компактный размер
• большая мощность

Недостатки V-образных ДВС:

• быстрая выработка блока
• вибрации
• большой объём

Оппозитные двигатели

Название происходит от английского слова “opposite” — противоположный. Цилиндры смотрят в противоположные стороны. Угол между ними всегда 180 градусов. Визуально похож на раскрытый в-образник. Основное отличие в движении поршней. В оппозитнике они поочередно достигают мертвой точки, а в V-образнике — одновременно.

Благодаря своей конструкции боксер, так их ещё называют, более сбитый. Лучше переносит вибрации за счёт своей схемы работы. Автомобили с таким ДВС отличаются хорошей развесовкой и управляемостью. Он расположен ниже, чем обычно.

Важно понимать, что поршни в этом агрегате ходят не в вертикальной плоскости, а в горизонтальной. Что приводит к неравномерной выработке гильз и переборке мотора. Его сборка обходится дорого. Как в предыдущем виде, здесь две головки блока, все прокладки следует покупать в двойном экземпляре.

Самые известные автомобили с оппозитными моторами это – Subaru. Автоконцерн довёл конструкцию до совершенства. Также есть они на некоторых представителях Порше и Альфа Ромео.

Преимущества оппозитных двигателей:

• развесовка
• низкое расположение
• оптимизация вибраций
• потенциальность

Недостатки оппозитных двигателей:

• дороговизна
• сложность обслуживания
• неравномерный износ блока

Роторные моторы

Он же двигатель Ванкеля. В нём используется не поршень, а треугольный ротор. Он вращается вокруг оси — статора — в «цилиндре» овальной формы. Камера образуется между гранью ротора и стенкой блока. За один круг происходит 3 рабочих хода.

Роторный мотор — компактный. Отсутствует ГРМ, коленвал, шатуны. Вместо них уплотнения, которые продлевают срок службы агрегата.

Уже не устанавливаются в авто. Они никогда не пользовались большой популярностью. Отличный экземпляр с таким мотором — Mazda RX8. Все его владельцы могут рассказать про жор масла.

Преимущества роторных двигателей:

• маленький размер
• простота — меньше деталей
• меньше вибраций

Недостатки роторных ДВС:

• дорогой ремонт
• вероятность перегрева
• расход масла и топлива

Типы двигателей автомобилей

Моторы отличаются не только конструктивно. Типы двигателей автомобилей бывают разные. Главное отличие в топливе, которое они используют. ДВС можно разделить на:

• бензиновые,
• дизельные,
• гибридные и
• на газу.

Каждый из них заслуживает внимания. Имеет свои особенности, преимущества, недочеты.

Бензиновые двигатели

Самый распространенный тип автомобильных ДВС. Используется на большинстве иномарок и отечественных машин. Работает на бензине, который перекачивает топливный насос.

По способу впрыска разделяют на карбюраторные и инжекторные. Первая разновидность простая и уже не выпускается. Количество горючего регулирует водитель нажатием педали газа. Оно подаётся в карбюратор, где смешивается с воздухом и идёт во впускной коллектор.

Вторая версия сложнее. Инжектор — более точная система, за каждый цилиндр отвечает своя форсунка. Сколько бензина впрыснуть, регулирует уже электронный блок управления. Такая система установлена на многих новых автомобилях.

Она, в свою очередь, делится на подвиды: моноинжектор — с одной регулирующей форсункой и обычный инжектор — по форсунке на цилиндр. Современная вариация бензинового ДВС — с прямым впрыском. Топливо попадает в камеру отдельно от воздуха и смешивание происходит внутри.

Дизельный двигатель

Работает на дизельном топливе. Не имеет свечей зажигания, вместо них — свечи накала. Они разогревают воздух в цилиндрах до нужной температуры. Форсунки распыляют дизтопливо, оно сразу сгорает и заставляет двигаться поршень.

Особенно популярен вариант турбодизеля. С помощью турбины подается больше воздуха. Коленвал раскручивается быстрее за счёт сильной детонации. Такие моторы быстрее разгоняются.

В целом дизели не быстрые. Имеют большой вес, чтобы уравновесить детонационные вибрации. Отличаются характерным цокотом во время работы. Похоже на стук гидрокомпенсаторов на бензине.

Газовые двигатели

Самостоятельно уже не используются. ГБО устанавливается как альтернатива на бензиновые моторы. Газовый редуктор распределяет его по цилиндрам. Дальше всё происходит по стандартной схеме.

Преимущество машин на газу в том, что стоимость газа меньше. Расход с ГБО возрастает на 1-2 литра. Мощность понижается. Такие агрегаты работают мягче.

Переоборудование необходимо регистрировать в МРЭО и вносить в техпаспорт. Дополнительные форсунки и редуктор не портят блок и его составляющие.

Гибридные двигатели

Смесь ДВС и электромотора. Может работать по-разному. В большинстве случаев сначала функционирует классический мотор, а генератор подзаряжает батарею. От неё работает электродвигатель. На него можно переключить авто и он будет самостоятельно приводить в движение колеса.

Бензиновый и электромотор возможно подключить одновременно. В таком случае расход солярки будет меньше.

8 самых известных типов двигателей в мире и их отличия

После прочтения нашего обзора вы будете понимать, как работают восемь типов двигателей в мире.

Двигатель – это агрегат, который может преобразовать одну энергию в механическую. В эту категорию входит множество видов двигателей, начиная от паровых (двигатели внешнего сгорания) и электрических и заканчивая двигателями внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные моторы и т. д.). Мы покажем вам восемь самых известных в мире двигателей, а также просто и интуитивно понятно расскажем вам, как они работают, описав принципы их работы. 

1. Оппозитный двигатель

В горизонтально противоположном двигателе (оппозитном) поршни двигаются по обеим сторонам коленчатого вала влево и вправо в горизонтальном направлении. В этом случае высота двигателя уменьшена. За счет использования оппозитного двигателя уменьшается центр тяжести транспортного средства – автомобиль движется более плавно. Крутящий момент, создаваемый поршнями с обеих сторон, компенсирует друг друга, значительно уменьшая вибрацию транспортного средства во время движения.

Также подобная конструкция позволяет сделать двигатели высокооборотистыми. Но, несмотря на высокие обороты, оппозитные моторы имеют меньше шума, чем обычные ДВС. 

Двигатели с горизонтальным ходом поршней использует компания Porsche почти во всех моделях. Но, например, в Porsche Cayenne и Panamera оппозитные двигатели не применяются. 

2. Рядный двигатель

В рядном двигателе все его цилиндры расположены рядом друг с другом в одной плоскости. Конструкция цилиндров и коленвала довольно-таки проста. Головка блока цилиндров имеет небольшую стоимость при изготовлении. Также рядные двигатели отличаются высокой стабильностью, характеристиками крутящего момента на низких оборотах, низким расходом топлива и компактным размером. Рядные двигатели обычно обозначаются латинской буквой «L-n», где n – количество цилиндров рядного двигателя. Современные автомобили в основном имеют двигатели с обозначением L3, L4, L5, L6.

3. Двигатель V-типа (V-образный силовой агрегат)

V-образный двигатель разделяет все цилиндры на две группы друг напротив друга под определенным углом. В итоге мотор образует плоскость под углом. Если посмотреть на этот тип двигателя со стороны, то он будет иметь V-образную форму. V-образные двигатели имеют небольшую высоту и длину. Этот тип моторов удобнее размещать в автомобиле по сравнению с обычными рядными моторами, которые по своим размерам гораздо больше. 

В настоящее время во многих автомобилях среднего и люкс-класса используются V-образные двигатели. Чаще всего это 6-цилиндровые силовые агрегаты. Например, такие двигатели стоят на Volkswagen Passat, Audi A6 и Mercedes E-класса AMG. 

4. Квазитурбинный двигатель

Квазидвигатель представляет собой модифицированный двигатель, основанный на роторном силовом агрегате. Если в обычном роторном двигателе задействованы три лопасти, то квазидвигатель использует цепной ротор, состоящий из четырех частей. Это беспоршневой роторный мотор с ромбовидным ротором. Преимущество двигателя: это новый тип двигателя небольшого размера, с высокой мощностью, высоким крутящим моментом, который может работать на множестве источников энергии.  

В настоящий момент квазидвигатель не используется ни на одном автомобиле, поэтому невозможно проверить, подходит ли он для замены обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания или в качестве лучшей альтернативы обычным роторным моторам. Квазидвигатель все еще находится в стадии создания прототипа. 

5. Роторный двигатель

Внутреннее пространство корпуса роторного двигателя всегда разделено на три рабочие камеры. Во время движения ротора объем трех рабочих камер постоянно изменяется. Двигатель также имеет четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск последовательно завершаются в циклоидальном цилиндре.

Роторный двигатель сильно отличается от обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Себестоимость производства роторных моторов существенно больше, также как и их последующее обслуживание и ремонт. Кроме того поршневой двигатель по сравнению с роторным эффективней с точки зрения мощности, веса, выбросов и энергопотребления.

В сочетании с этим, а также в связи со странности технологий роторного двигателя, крупные автомобильные компании пришли к выводу, что использование роторных силовых агрегатов в автопромышленности бессмысленно. Так как роторные моторы не показали своих преимуществ перед обычными, у автомобильных компаний не появилось энтузиазма по их дальнейшей разработке. Только компания Mazda до сих пор тратит огромные деньги на разработку новых поколений роторных моторов. 

6. Двигатель Green Steam

Green Steam – эффективный, экономичный и простой двигатель, разработанный изобретателем Робертом Грином из Лагуна Вудс, Калифорния, США. Этот мотор преобразует избыточное тепло в водяной пар, который и приводит в движение силовой агрегат. Легкий и компактный двигатель Green Steam преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное. Его основной характеристикой является гибкий вал, который передает возвратно-поступательное движение от поршней к кривошипу «Z», таким образом, совершая вращательное движение, не используя запястья, шатуны или коленчатые валы.

Этот мотор может использоваться для воздушных насосов, генераторов, водяных насосов, воздуходувок горячего воздуха, аппаратов дистилляции воды, тепловых насосов, кондиционеров, модельных самолетов и т. д. 

Одним из наиболее уникальных преимуществ двигателя является его способность генерировать энергию из тепла двигателей. По существу, отработанное тепло выхлопных газов от двигателя транспортного средства может быть преобразовано в энергию, используемую для некоторых систем охлаждения и насосов транспортного средства. Этот двигатель повысит уровень эффективности любого транспортного средства или системы машины, на которой он установлен.

7. Двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга относится к типам силовых агрегатов внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменении давления. Принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянном сжатии рабочего цилиндра, в результате чего происходит нагревание его внутренней части, а затем охлаждение. Из-за перепада давления из цилиндра извлекается энергия, образуемая при изменении давления. Обычно в качестве рабочего тела используется водород или гелий. Но чаще в таких моторах используется воздух. 

Двигатели Стирлинга отлично подходят для преобразования тепла в электроэнергию. Например, многие специалисты считают, что эти моторы подходят для солнечных электрических установок. 

То есть это идеальные силовые агрегаты для преобразования солнечной энергии в электричество. 

8. Радиальный двигатель (звездообразный)

Звездообразный двигатель представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры расположены вокруг коленчатого вала. Один поршень соединен с коленвалом через главный шатун. Остальные поршни прикреплены через шатуны к кольцам главного ведущего шатуна. 

Двигатель преимущественно создан для использования в самолетах. До появления реактивных двигателей в большинстве поршневых авиационных двигателей использовались подобные звездообразные конструкции силовых агрегатов. Эти моторы, как правило, устанавливались на самолеты небольшой дальности. Остальные самолетные моторы имели V-образную форму. 

Некоторые современные легкие самолеты до сих пор оснащаются радиальными моторами.

Ряд компаний продолжает строить радиальные системы сегодня. Например, вот современный авиационный радиальный 9-цилиндровый двигатель Веденеев мощностью 360–450 л. с., который в настоящий момент используется на самолетах Яковлева и Сухого.

Различные типы движков

Если страница загружается слишком долго, возможно, вы отключили javascript в своем браузере. Посетите https://www.enable-javascript.com/, чтобы узнать, как включить javascript в вашем браузере. В последние годы в этом секторе произошли огромные инновации, и количество доступных двигателей постоянно увеличивается. Дизель, бензин, электричество, гибрид или газ: у каждого есть свои преимущества. Вам решать, чтобы найти тот, который лучше всего соответствует вашим потребностям.

19 ноября 2021 г.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ESS)

• низкий уровень выбросов твердых частиц
• значительное снижение выбросов в соответствии со стандартом Евро-6 технологии двигателя снизили расход топлива
• топливо, продаваемое на заправке, не содержит свинца и содержит 10% биоэтанола

P — WYSIWYG — выравнивание по левому краю

Дизельный двигатель внутреннего сгорания (DSL)

• Ископаемое топливо с меньшим выбросом CO2, чем бензин (-10%)
• Стандарт Euro6d обеспечивает соответствие нормам выбросов
• LEZ будут принимать дизельное топливо Euro6d до 2030 года
• вы совершаете длительные регулярные поездки и большой годовой пробег
• Возможность замены ископаемого дизельного топлива на e-Diesel
• топливо, продаваемое на заправке, содержит биодизельное топливо

P — WYSIWYG — Выравнивание по левому краю

Изображение

Электромобиль с мягким гибридом (MHEV)

• усилитель мощности обеспечивает ускорение двигателя внутреннего сгорания при запуске и ускорении
• очень маленькая батарея, не требующая подзарядки (рекуперация энергии при торможении)
• отключение двигателя -отключение на холостом ходу и движение накатом на холостом ходу
• в некоторых более эффективных системах используется напряжение 48 В
• снижает расход топлива при сохранении гибкости обычного двигателя внутреннего сгорания

P — WYSIWYG — выравнивание по левому краю

Гибридный электромобиль (HEV)

• электродвигатель с небольшой батареей помогает двигателю внутреннего сгорания двигатель можно использовать самостоятельно для питания автомобиля на малых скоростях (30 зон, маневры, пробки)
• работает 50% времени на электричестве в городе
• очень прост в использовании и очень гибкий
• снижение выбросов CO2 и снижение расхода топлива

P — WYSIWYG — левостороннее расположение

Гибридный электромобиль с подключаемым модулем (PHEV)

• сочетает в себе преимущества электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания
• можно управлять в режиме электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания или гибридного режима (оба вместе)
• позволяет ездить по городу без выбросов CO2
• запас хода на электричестве иногда превышает 50 км или даже 100 км
• очень легко заряжать (при подключении к сетевой розетке требуется менее одной ночи)
• гибкий и простой в использовании, без стресса из-за разрядки

P — WYSIWYG — выравнивание по левому краю

Изображение

Сжатый двигатель на природном газе (CNG)

• топливо, состоящее в основном из метана, природный газ
• может быть полностью обезуглероженным (e-CNG)
• всегда имеет двигатель, способный работать на бензине (запас топлива, чтобы вы могли продолжать работу без CNG)
• допускаются на подземных автостоянках
• меньше загрязняют окружающую среду и более экономичны (на 10 % меньше CO2, чем бензин)

P — WYSIWYG — выравнивание по левому краю

Двигатель, работающий на сжиженном нефтяном газе (LPG)

P — WYSIWYG — Выравнивание по левому краю

Электромобиль на топливных элементах (FCEV)

• использует водород для производства электроэнергии для питания электродвигателя
• без мощной батареи
• сеть станций в стадии разработки в Бельгии (10 точек к 2022 г. )

P — WYSIWYG — выравнивание по левому краю

Информационный бюллетень AskOTO

Перестаньте искать и оставайтесь в курсе событий. Подпишитесь на нашу рассылку и узнавайте первыми последние новости.

Вы можете отказаться от подписки в любое время | Политика конфиденциальности

Читать также

Покупка

Хочу купить машину: какой двигатель выбрать?

Покупка

В чем разница между LPG и CNG?

Техническое обслуживание

AdBlue – какие автомобили и почему?

Мобильность

Электромобили и бензиновые: сколько стоит заправка?

Типы двигателей

Двигатели представляют собой машины, преобразующие источник энергии в физическую работу. Если вам нужно что-то для передвижения, двигатель — это то, что вам нужно. Но не все двигатели сделаны одинаково, и разные типы двигателей определенно не работают одинаково.

Изображение предоставлено Little Visuals / Pixabay.

Вероятно, самый интуитивный способ различить их — это тип энергии, которую каждый двигатель использует для питания.

• Тепловые двигатели
  • Двигатели внутреннего сгорания (двигатели внутреннего сгорания)
  • Двигатели внешнего сгорания (двигатели ЕС)
  • Реактивные двигатели
• Электрические двигатели
• Физические двигатели

Содержание

• 1 Тепловые двигатели
  • 1.1 Internal combustion engines
  • 1.2 External combustion engines
  • 1.3 Reaction engines
• 2 Electrical engines
  • 2.1 Ion drives
  • 2.2 EM/Cannae drives 
• 3 Physical engines

Thermal engines

В самом широком смысле этим двигателям требуется источник тепла для преобразования в движение. В зависимости от того, как они генерируют указанное тепло, они могут быть двигателями внутреннего сгорания (которые сжигают вещества) или двигателями без сгорания. Они функционируют либо за счет прямого сгорания топлива, либо за счет преобразования жидкости для создания работы. Таким образом, большинство тепловых двигателей также частично совпадают с системами химического привода. Это могут быть двигатели с воздушным дыханием (которые берут окислитель, такой как кислород, из атмосферы) или двигатели без дыхания (с окислителями, химически связанными с топливом).

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (двигатели внутреннего сгорания) сегодня довольно распространены. Они приводят в действие автомобили, газонокосилки, вертолеты и так далее. Самый большой двигатель внутреннего сгорания может генерировать 109 000 л.с. для корабля, который перевозит 20 000 контейнеров. Двигатели внутреннего сгорания получают энергию от топлива, сжигаемого в специальной области системы, называемой камерой сгорания. В процессе горения образуются продукты реакции (выхлопы) с гораздо большим общим объемом, чем общий объем реагентов вместе взятых (горючее и окислитель). Это расширение является настоящим хлебом с маслом для двигателей внутреннего сгорания — это то, что на самом деле обеспечивает движение. Тепло — это только побочный продукт сгорания и представляет собой потраченную впустую часть запаса энергии топлива, потому что на самом деле оно не обеспечивает никакой физической работы.

Рядный 4-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания.
Изображение предоставлено НАСА / Исследовательским центром Гленна.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по количеству «тактов» или циклов, совершаемых каждым поршнем для полного оборота коленчатого вала. В настоящее время наиболее распространены четырехтактные двигатели, в которых реакция сгорания происходит в четыре этапа:

1. Впуск или впрыск топливно-воздушной смеси (карбюрата) в камеру сгорания.
2. Сжатие смеси.
3. Зажигание от свечи зажигания или компрессии — топливо идет стрела .
4. Выброс выхлопных газов.

Этот радиальный паровозик выглядит самым прикольным человечком, которого я когда-либо видел.
Изображение предоставлено Дуком / Викимедиа.

Для каждого шага поршень 4-тактного двигателя попеременно толкается вниз или назад. Зажигание — это единственный этап, на котором в двигателе генерируется работа, поэтому на всех остальных этапах каждый поршень использует энергию из внешних источников (другие поршни, электрический стартер, ручной запуск или инерция коленчатого вала). Вот почему вы должны тянуть за аккорд газонокосилки, и почему вашему автомобилю нужна исправная батарея, чтобы начать движение.

Другими критериями дифференциации двигателей внутреннего сгорания являются тип используемого топлива, количество цилиндров, общий рабочий объем (внутренний объем цилиндров), расположение цилиндров (рядные, радиальные, V-образные двигатели и т. д.), а также мощность и выходная мощность на вес.

Двигатели внешнего сгорания

Двигатели внешнего сгорания (двигатели ЕС) топливо и продукты выхлопа содержат раздельно — они сжигают топливо в одной камере и нагревают рабочую жидкость внутри двигателя через теплообменник или стенку двигателя . Этот великий папа промышленной революции, паровой двигатель, попадает в эту категорию.

В некоторых отношениях двигатели ЕС функционируют так же, как их аналоги с двигателями внутреннего сгорания — им обоим требуется тепло, которое получается при сжигании вещества. Однако есть и несколько отличий.

В двигателях ЕС используются жидкости, которые подвергаются термическому расширению-сжатию или фазовому сдвигу, но химический состав которых остается неизменным. Используемая жидкость может быть газообразной (как в двигателе Стирлинга), жидкой (двигатель с органическим циклом Ренкина) или претерпевать изменение фазы (как в паровом двигателе) — для двигателей внутреннего сгорания жидкость почти всегда является жидким топливом. и смесь воздуха, которая сгорает (меняет свой химический состав). Наконец, двигатели могут либо выпускать жидкость после использования, как это делают двигатели внутреннего сгорания (двигатели с открытым циклом), либо постоянно использовать одну и ту же жидкость (двигатели с замкнутым циклом).

Паровой двигатель Стивенсона в рабочем состоянии

Удивительно, но первые паровые двигатели, используемые в промышленности, работали, создавая вакуум, а не давление. Названные «атмосферными двигателями», это были громоздкие машины, крайне неэкономичные по топливу. Со временем паровые двигатели приобрели форму и характеристики, которые мы ожидаем увидеть от двигателей сегодня, и стали более эффективными — поршневые паровые двигатели с возвратно-поступательным движением представили поршневую систему (которая до сих пор используется в двигателях внутреннего сгорания) или составные системы двигателей, которые повторно использовали жидкость. в цилиндрах при снижении давления для создания дополнительной «крутости».

Сегодня паровые двигатели вышли из широкого применения: они тяжелые, громоздкие, имеют гораздо меньшую топливную экономичность и удельную мощность, чем двигатели внутреннего сгорания, и не могут изменять мощность так же быстро. Но если вас не беспокоит их вес, размер и вам нужна постоянная работа, они великолепны. Таким образом, ЭК в настоящее время с большим успехом используется в качестве паротурбинных двигателей для военно-морских операций и электростанций.

Применение ядерной энергии отличается тем, что называется негорючие двигатели или внешние тепловые двигатели , поскольку они работают на тех же принципах, что и двигатели ЕС, но не получают свою мощность от сгорания.

Реактивные двигатели

Реактивные двигатели , в просторечии известные как  реактивные двигатели , создают тягу, выбрасывая реакционную массу. Основным принципом реактивного двигателя является третий закон Ньютона: если вы дунете чем-то с достаточной силой через заднюю часть двигателя, это толкнет переднюю часть вперед. А реактивных двигателей действительно умеет это делать.

Безумно хорош в этом.
Изображение предоставлено thund3rbolt / Imgur.

Вещи, которые мы обычно называем «реактивными» двигателями, те, что установлены на пассажирском самолете «Боинг», строго говоря, являются воздушно-реактивными двигателями и относятся к классу двигателей с турбинным двигателем. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели, которые обычно считаются более простыми и надежными, поскольку они содержат меньше (или вообще не содержат) движущихся частей, также являются воздушно-реактивными двигателями, но относятся к классу двигателей с прямоточным двигателем. Разница между ними заключается в том, что прямоточные воздушно-реактивные двигатели полагаются на чистую скорость для подачи воздуха в двигатель, тогда как турбореактивные двигатели используют турбины для всасывания и сжатия воздуха в камеру сгорания. Кроме того, они функционируют в основном одинаково.

В турбореактивных двигателях воздух всасывается в камеру двигателя и сжимается вращающейся турбиной. ПВРД рисуют и сжимают его очень быстро. Внутри двигателя он смешивается с мощным топливом и воспламеняется. Когда вы концентрируете воздух (и, следовательно, кислород), смешиваете его с большим количеством топлива и взрываете его (таким образом генерируя выхлоп и термически расширяя весь газ), вы получаете реакционный продукт, который имеет огромный объем по сравнению с всасываемым воздухом. Единственное место, через которое может пройти вся эта масса газов, — это задняя часть двигателя, что она и делает с чрезвычайной силой. По пути туда он приводит в действие турбину, всасывая больше воздуха и поддерживая реакцию. И, чтобы добавить оскорбления к травме, в задней части двигателя есть реактивное сопло.

Здравствуй, я сопло. Я буду вашим проводником.

Эта часть оборудования заставляет весь газ проходить через еще меньшее пространство, чем оно было изначально, тем самым еще больше ускоряя его в «струйку» материи. Выхлоп выходит из двигателя с невероятной скоростью, в три раза превышающей скорость звука, толкая самолет вперед.

Реактивные двигатели без воздушного дыхания или ракетные двигатели функционируют так же, как реактивные двигатели без передней части, потому что им не нужен внешний материал для поддержания горения. Мы можем использовать их в космосе, потому что у них есть весь необходимый им окислитель, упакованный в топливо. Это один из немногих типов двигателей, которые постоянно используют твердое топливо.

Тепловые двигатели могут быть смехотворно большими или восхитительно маленькими. Но что, если у вас есть только розетка, и вам нужно подключить питание? Что ж, в таком случае вам нужно:

Электродвигатели

Ах да, банда чистых. Есть три типа классических электрических двигателей: магнитные, пьезоэлектрические и электростатические.

И, конечно, диск Duracell.

Магнитный, как и батарея, является наиболее часто используемым из трех. Он основан на взаимодействии между магнитным полем и электрическим потоком для создания работы. Он работает по тому же принципу, что и динамо-машина для выработки электроэнергии, но в обратном порядке. На самом деле, вы можете генерировать немного электроэнергии, если вручную прокрутите электромагнитный двигатель.

Для создания магнитного двигателя вам понадобятся магниты и намотанный проводник. Когда на обмотку подается электрический ток, он индуцирует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитом, создавая вращение. Важно разделить эти два элемента, поэтому электрические двигатели состоят из двух основных компонентов: статора, который является внешней частью двигателя и остается неподвижным, и ротора, который вращается внутри него. Их разделяет воздушный зазор. Обычно магниты встроены в статор, а проводник намотан на ротор, но они взаимозаменяемы. Магнитные двигатели также оснащены коммутатором для смещения электрического потока и модуляции индуцированного магнитного поля при вращении ротора для поддержания вращения.

Пьезоэлектрические приводы — это типы двигателей, которые используют свойство некоторых материалов генерировать ультразвуковые колебания при воздействии на них электрического тока для создания работы. Электростатические двигатели используют одноименные заряды, чтобы отталкивать друг друга и генерировать вращение в роторе. Поскольку в первом используются дорогие материалы, а для работы второго требуется сравнительно высокое напряжение, они не так распространены, как магнитные приводы.

Классические электрические двигатели обладают одним из самых высоких показателей энергоэффективности среди всех двигателей, преобразуя до 90% энергии в работу.

Ионные приводы

Ионные приводы представляют собой нечто среднее между реактивным и электростатическим двигателями. Этот класс приводов ускоряет ионы (плазму), используя электрический заряд для создания движения. Они не работают, если вокруг корабля уже есть ионы, поэтому они бесполезны вне космического вакуума.

Подруливающее устройство Холла.
Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech.

Они также имеют очень ограниченную выходную мощность. Однако, поскольку в качестве топлива они используют только электричество и отдельные частицы газа, их тщательно изучают для использования в космических кораблях. Deep Space 1 и Dawn успешно использовали ионные двигатели. Тем не менее, кажется, что эта технология лучше всего подходит для небольших кораблей и спутников, поскольку электронный след, оставляемый этими приводами, негативно влияет на их общую производительность.

Приводы EM/Cannae

Приводы EM/Cannae используют электромагнитное излучение, содержащееся в микроволновом резонаторе, для создания доверия. Это, наверное, самый необычный среди всех типов двигателей. Его даже называют «невозможным» драйвом, поскольку он нереакционный драйв — это означает, что он не производит никакого разряда для создания тяги, по-видимому, в обход третьего закона.

«Вместо топлива он использует микроволны, отражающиеся от тщательно настроенного набора отражателей для достижения небольшой силы и, следовательно, достижения тяги без пороха», — сообщил Андрей о приводе.

Было много споров о том, работает ли этот тип двигателя на самом деле или нет, но тесты НАСА подтвердили его работоспособность. Он даже получит обновление в будущем. Поскольку он использует только электрическую энергию для создания тяги, хотя и в небольших количествах, он кажется наиболее подходящим двигателем для исследования космоса.

Но это в будущем. Давайте посмотрим, как все начиналось. Давайте взглянем на:

Физические двигатели

Для работы этих двигателей требуется накопленная механическая энергия. Заводные двигатели , пневматические и гидравлические двигатели — все это физические приводы.

Модель Le Plongeour с огромными воздушными баками.
Изображение предоставлено Национальным морским музеем.

Они не очень эффективны. Они также обычно не могут использовать большие запасы энергии. Например, заводные двигатели накапливают упругую энергию в пружинах, и их необходимо заводить каждый день. Пневматические и гидравлические типы двигателей должны таскать с собой здоровенные трубки со сжатой жидкостью, которых, как правило, хватает ненадолго. Например, Plongeur , первая в мире подводная лодка с механическим приводом, построенная во Франции между 1860 и 1863 годами, несла поршневой воздушный двигатель, питаемый от 23 баллонов при давлении 12,5 бар. Они занимали огромное пространство (153 кубических м / 5 403 кубических фута), и их было достаточно только для того, чтобы привести корабль в движение на 5 морских миль (9 км / 5,6 миль) со скоростью 4 узла.

Тем не менее, физические диски были, вероятно, первыми в мире. Катапульты, требушеты или тараны полагаются на этот тип двигателей. То же самое относится и к кранам, приводимым в движение людьми или животными, — все они использовались задолго до появления любых других видов двигателей.