Устройство и принцип работы двигателей

Назначение

Преобразование тепловой энергии в крутящий момент. Сжигаем топливо – крутим колёса.

Принцип работы (Operating principle)

Наливаем немного бензина в банку, поджигаем, и закрываем крышкой. Огонь внутри банки поднимает температуру, из-за этого увеличивается давление, и на крышку будет давить изнутри. Если крышка будет отстреливать от банки, то её энергию можно будет использовать. Но как увеличить это давление максимально, чтобы крышка сильно отстреливала при поджиге?

Затолкать в закрытую банку как можно больше воздуха.

Потом – сжать. Если этот же объём трёхлитровой банки поместить в банку 0,3 литра, то будет уже взрыв, а не просто пламя.

Очевидно, теперь и поджигать придётся в закрытом и сжатом состоянии, а значит нужно внутрь вставить какой-то детонатор. Поджиг в закрытом состоянии ещё и сэкономит нам выделяемое тепло – оно сосредоточится внутри.

Нам же нужно резкое возгорание и быстрое сгорание, поэтому содержимое банки надо взболтать. А ещё лучше – превратить бензин в пыль. Тогда смесь станет куда более взрывной.

Но при резком уменьшении объёма банки воздух внутри нагреется и будет хуже способствовать горению. А жидкость вообще не сжимаема. Как быть? Сжимать воздух, а топливо заливать потом. Если топливо будет подаваться под большим давлением, в распылённом состоянии оно ещё и охладит воздух внутри банки.

А что ещё полезного в распылённой взрывоопасной смеси внутри банки? А то, что её легко поджечь. Достаточно будет небольшой искры, главное вовремя её «подать».

Теперь то крышка точно отстрельнет и сильно… Но что с ней делать?

Будет странно звучать, но… Стрелять крышками в лопасти ветряной мельницы в направлении нужного вращения. Я серьёзно. Крышка попадает в лопасть, лопасть приводит в движение винт, винт крутит колесо.

Для того чтобы постоянно стрелять крышками, банку надо продувать, опять закрывать крышку, заливать в неё новый бензин и опять поджигать.

Можно ещё долго рассказывать про понятные абстракции, но перейдём уже к конкретике.

Общий вид (Overview/Layout)

Рассказ будет только о 4-тактных двигателя внутреннего сгорания.

Существует несколько вариантов исполнения двигателя внутреннего сгорания. Рассказывать буду на примере 4- и 8-цилиндровых исполнений. Чем больше цилиндров, тем более плавная работа мотора, тем меньше нагрузка на каждый цилиндр при одинаковой мощности.

Бензиновые моторы (Petrol / Gasoline / Benzin)

V8 – V-образные 8-мицилиндровые моторы (V-shaped 8-cylinder engines / V-förmige 8-Zylinder-Motoren)

I4 – Рядные четырёхцилиндровые (Inline-four engines / Reihen-vier Motoren)

V6 – V-образные 6-ти цилиндровые (V-shaped 6-cylinder engines / V-förmige 6-Zylinder-Motoren)

Оппозитные бензиновые двигатели H6 (Horizontally-opposed / Boxer petrol engines / Horizontal-Gegen / Boxer-Benzinmotoren)

Дизельные двигатели (Diesel engines / Dieselmotor)

Отличия (Difference / Unterschied)

Как видно из картинок, существенных отличий в их устройстве нет. Конструкция дизельного двигателя рассчитана на большее сжатие смеси – это требует большей механической прочности. Дизельному двигателю не нужна система зажигания, так как топливо загорается от силы сжатия и почти не нужно дросселирование подачи воздуха – он работает почти всегда на бедной смеси.

Для такого сильного сжатия требуется много энергии, и механическая прочность должна быть выше. В итоге дизель менее оборотистый, чем бензиновый. И медленнее набирает обороты.

В итоге дизельные двигатели экономичны, но менее экологичны. И почти не применяются в автоспорте.

Расположение цилиндров (Cylinder arrangement / Zylinderanordnung)

I (R) – Рядный (Inline / Row / Reihe)

Здесь все цилиндры расположены в один ряд. Сейчас это самое популярное решение. Цилиндров обычно бывает 3, 4, 5, 6. Раньше встречались и рядные 8 цилиндров, но схема бесперспективна в гражданских автомобилях.

Нечетное количество цилиндров, когда цилиндров 5 или 3, приводит к очень большим сложностям в расчёте балансировки. Поэтому такие двигатели применяются достаточно редко.

V-образный (V-engine/Vee / V-Motor)

Можно сократить длину мотора, увеличив его вширь. Делаем два ряда цилиндров с одним коленвалом и раздвигаем их на угол примерно 90. Изменение угла развала даёт ещё несколько вариантов компоновки.

H-образный / оппозитный (Horizontally-opposed / Boxer / Horizontal gegenüberliegend)

Оппозитный двигатель – это V-образный с развалом цилиндров 180. Таким образом, проигрывая в ширине, выигрываем в высоте. Очень актуально, если основная цель построения автомобиля – снижение центра тяжести.

VR (VR/Vee-inline / Reihe)

Если угол развала цилиндров маленький, 10-20, то получается VR. Двигатель становится почти как рядный, но короче в длину.

W-образный (W-engine / W-Motor)

И если совместить два ряда VR в V, то получится W. Такая схема была разработана VAGом и успешно применялась на Бентли, Ауди, некоторых VW.

Топология – звезда (Radial engine / Sternmotor)

Бывает ещё такая компоновка, но на автомобилях не применялось, только в авиации.

V2/V4 (V-twin/V-four / V-twin/V-vier)

Применяется на мотоциклах.

Но двигатель V4 иногда применяется в автоспорте. Например, сейчас рекорд Нюрбургринга принадлежит болиду Porsche 919 evo, который проехал трассу быстрее самого быстрого даже больше, чем на минуту. Был 6:33, стал 5:13. Обычные супербыстрые автомобили проезжают круг примерно за 7-7,5 минут.

720 лошадиных сил снято с двух литров.

Расположение в моторном отсеке (Orientation / Orientierung)

Продольное (Longitudinal / Längsachse)

Когда ось вращения коленчатого вала находится вдоль оси движения автомобиля.

Это Ауди S8. Тут мотор спереди, за передней осью.

Это 911. Тут мотор сзади, за задней осью.

Это 911. Тут мотор сзади, за задней осью.А это Mercedes-Benz SLS AMG. Мотор спереди, но «в базе», то есть перед передней осью.

Поперечное (Transversal / Querlenker)

Когда поперёк оси движения.

Это Ауди TTRS. Тут мотор поперечно, за передней осью.

Отличия (Difference)

Поперечное расположение двигателя снижает длину подкапотного пространства, но требует большей ширины. Продольное – наоборот. Когда размеры проектируемого автомобиля позволяют размахнуться, чаще используют продольное расположение ДВС и КПП, потому как это позволяет в том числе использовать и большие размеры коробки и упростить конструкцию трансмиссии. Так же, существует предположение, что продольная компоновка даёт большую устойчивость на высоких скоростях.

Основные недостатки (Primary issues / Hauptthemen)

Основной недостаток двигателей внутреннего сгорания – необходимость преобразования поступательного движения во вращательное. Это, когда мы крышкой банки стреляем в лопасть мельницы, а попадаем почти в торец лопасти.

Второй недостаток – часть полученного тепла от сгорания уходит на нагрев. Причём, большая его часть.

Эти недостатки сильно снижают КПД, который и так уже много лет не может быть выше 35%. То есть, сжигая 100% смеси, только 35% выделившейся энергии доходит до колёс. 65% энергии уходит просто на нагрев атмосферы.

И если бы не это, на 1 литре можно было бы проезжать в 3 раза больше.

Заключение

1. Назначение
2. Принцип работы (Operating principle)
3. Общий вид (Overview/Layout)
4. Бензиновые моторы (Petrol / Gasoline / Benzin)
5. V8 – V-образные 8-мицилиндровые моторы (V-shaped 8-cylinder engines / V-förmige 8-Zylinder-Motoren)
6. I4 – Рядные четырёхцилиндровые (Inline-four engines / Reihen-vier Motoren)
7. V6 – V-образные 6-ти цилиндровые (V-shaped 6-cylinder engines / V-förmige 6-Zylinder-Motoren)
8. Оппозитные бензиновые двигатели H6 (Horizontally-opposed / Boxer petrol engines / Horizontal-Gegen / Boxer-Benzinmotoren)
9. Дизельные двигатели (Diesel engines / Dieselmotor)
10. Отличия (Difference / Unterschied)
11. Расположение цилиндров (Cylinder arrangement / Zylinderanordnung)
12. I (R) – Рядный (Inline / Row / Reihe)
13. V-образный (V-engine/Vee / V-Motor)
14. H-образный / оппозитный (Horizontally-opposed / Boxer / Horizontal gegenüberliegend)
15. VR (VR/Vee-inline / Reihe)
16. W-образный (W-engine / W-Motor)
17. Топология – звезда (Radial engine / Sternmotor)
18. V2/V4 (V-twin/V-four / V-twin/V-vier)
19. Расположение в моторном отсеке (Orientation / Orientierung)
20. Продольное (Longitudinal / Längsachse)
21. Поперечное (Transversal / Querlenker)
22. Отличия (Difference)
23. Основные недостатки (Primary issues / Hauptthemen)

С уважением,
Компания Mint Condition
Профессиональный подбор автомобилей
+79261888335
www.mintco.ru
WhatsApp:https://wa24.site/79261888335
info@mintco.ru

Данный материал подготовлен компанией Mint Condition и является собственностью компании. Любое копирование или размещение данного материала без согласования с владельцем запрещено.

Авторские права защищены и принадлежат ООО «Валкирия» (товарный знак MintCo, свидетельство №833282) ©
Любое использование или копирование материалов сайта, в том числе, элементов дизайна, фото и видео- материалов, текстового содержания может осуществляться исключительно с письменного разрешения ООО «Валкирия» и только при наличии ссылки на www.mintco.ru.