Дизельные, с воспламенением от сжатия
Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. В разогретый в цилиндре воздух от адиабатического сжатия (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. В процессе впрыскивания топливной смеси происходит его распыление, а затем вокруг отдельных капель топливной смеси возникают очаги сгорания, по мере впрыскивания топливная смесь сгорает в виде факела.
Так как дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что, в сочетании с длительным горением, обеспечивающим постоянное давление рабочего тела, благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50 % в случае с крупными судовыми двигателями.
Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются большим крутящим моментом на валу. Также некоторые крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжёлых топливах, например, мазутах. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счёт пневматической схемы с запасом сжатого воздуха, либо, в случае с дизель-генераторными установками, от присоединённого электрического генератора, который при запуске выполняет роль стартера.
Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля, а по циклу Тринклера — Сабатэ со смешанным подводом теплоты.
Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряжённостью, требующей повышенной прочности конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов. Также дизельные двигатели за счет гетерогенного сгорания характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах.
Виды электродвигателей: какой лучше
Описаны только основные виды электродвигателей и даны краткие характеристики, очень сжато описано устройство и принцип работы. Тем не менее, уже можно сделать выводы о том, что идеального решения, причём для всех случаев, просто нет. Есть наиболее подходящее для каждого конкретного случая.
- Асинхронный электродвигатель без частотного регулирования – лучший выбор для насосов.
- Коллекторный двигатель с его регулируемыми скоростями вне конкуренции для дрелей и пылесосов. И то, в последнее время стали делать с вентильными, они без щеток, что делает работу тише, срок службы дольше, хотя цену выше. Так что, тут, как посмотреть.
Выбирать вид электродвигателя надо под каждый конкретный случай
- Для вентиляторов с длительным режимом работы выбирать приходится между асинхронных и вентильных. Но только если они не слишком мощные. Для мощных важным является возможность разделения на секции, а это проще реализовать у вентильных. И даже на кулерах стали в последнее время использовать вентильные с магнитным ротором.
В общем, чтобы ответить какой лучше, надо рассматривать совокупность условий и характеристик работы
Принимать во внимание достоинства и недостатки, перебирать все виды электродвигателей и только так можно найти оптимальный
Отношение диаметра цилиндра к ходу поршня
Одним из основополагающих конструктивных параметров ДВС является отношение хода поршня к диаметру цилиндра (или наоборот). Для более быстроходных бензиновых двигателей это отношение близко к 1, на дизельных моторах ход поршня, как правило, тем больше диаметра цилиндра, чем больше двигатель. Оптимальным с точки зрения газодинамики и охлаждения поршня является соотношение 1 : 1. Чем больше ход поршня, тем больший крутящий момент развивает двигатель и тем ниже его рабочий диапазон оборотов. Наоборот, чем больше диаметр цилиндра, тем выше рабочие обороты двигателя и тем ниже его крутящий момент на низких оборотах. Как правило, короткоходные ДВС (особенно гоночные) имеют больший крутящий момент на единицу рабочего объема, но на относительно высоких оборотах (больше 5000 об/мин.). При большем диаметре цилиндра/поршня сложнее обеспечить должный теплоотвод от донышка поршня ввиду его больших линейных размеров, но при высоких рабочих оборотах скорость поршня в цилиндре не превышает скорости поршня более длинноходного на его рабочих оборотах.
Агрегат с твердым топливом
Классификация двигателей включает в себя еще один вид устройств. Эти агрегаты работают на слегка непривычном, твердом топливе
Тут важно отметить, что сфера применения этих двигателей также ракетная. В качестве основного вещества, являющегося топливом для этого устройства, стал порох
Особенность работы заключается в том, что агрегат работает до тех пор, пока не израсходует весь запас до конца. Сам же порох помещается непосредственно в камеру сгорания двигателя. Такие устройства стали называть твердотопливными ракетными двигателями, или РДТТ.
Смотреть галерею
Тут важно отметить, что именно этот класс двигателей является одним из наиболее старых. К тому же именно этот тип устройств стал первым, который нашел свое практическое применение
Еще один важный факт заключается в том, что ранее в качестве топлива использовался дымный порох. С развитием технологий изменился и вид смеси. Людям удалось изобрести бездымный порох для применения в качестве топлива для ракетных двигателей.
Смотреть галерею
Газовые двигатели
Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:
- смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.
- сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150—200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.
- генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твёрдого топлива используются:
- уголь
- торф
- древесина
Какие типы и виды двигателей существуют
Абсолютно любой моторный агрегат действует по одному и тому же принципу. В него подаётся топливо. Оно сжигается. В процессе сжигания выделяется энергия, а далее эта энергия преобразуется в механическую. Вся эта процедура повторяется неоднократно. Этот повторяющийся процесс называется тактом. В зависимости от того, сколько ходов совершает поршень, все двигательные установки можно разделить на двухтактные и четырёхтактные. Все силовые агрегаты, которыми оснащаются автомобили, основаны на четырёхтактном цикле. За время цикла подаётся топливная смесь, происходит рабочий ход поршня (вверх и вниз) и выводятся газы.
Двухтактные двигатели работают немного иначе. За время такта совершается рабочий ход и сжимается топливная смесь. Поршень наполняется и очищается за отведённое ему время. Эти двигатели имеют существенный минус — они выбрасывают много отработанных газов. А ещё они слишком много потребляют горючего. Именно поэтому они не используются в автотранспорте.
Инжекторный двигатель
Работа этого агрегата устроена несколько иначе: горючее маленькой порцией впрыскивается в воздушную среду. Давление распыляет топливо через форсунку, тем самым значительно сокращается его количество, так как оно дозируется специальным прибором. Это делает такие моторы более экономичными, а дозированная порция топливной смеси уменьшает количество вредных веществ в выхлопных газах и повышает коэффициент полезного действия двигателя.
Этот тип двигателя включается в себя механический и электронный виды. Механический дозирует горючее посредством рычагов, а электронный использует особую систему, управляющую количеством топливной смеси. Подобные системы позволяют горючему более полно сгорать, благодаря чему уменьшается количество вредного вещества, попадающего в атмосферу.
Карбюраторный двигатель
Проходя топливную систему, бензин поступает в карбюратор, иными словами, впускной коллектор. Туда же нагнетается воздух, который смешавшись с горючим, образует рабочую смесь. Она поступает в цилиндры, искра от свечи поджигает её.
Дизельный двигатель
Двигатели дизельного типа требуют особого внимания. Топливная смесь в них при сжимании воспламеняется. Воздух всасывается под большим давлением и за счёт этого происходит процесс самовоспламенения. Рабочий ход начинается сразу после воспламенения, далее выхлопные газы вытесняются.
У этого типа небольшой расход горючего и он выделяет мало вредных веществ. Достаточно высокий КПД. Этот вид силового устройства непрерывно модернизируется, даже морозы ему не страшны.
Разнообразные моторы, которые работают на дизтопливе, различны своими параметрами. Эти характеристики отличаются в зависимости от времени года. Им не нужна система зажигания, так как горючее воспламеняется за счёт давления.
Принцип работы бестопливного агрегата
Принцип работы данного устройства заключен в том, что все его магниты повернуты одноименными полюсами в сторону друг друга. Так как одноименные магнитные полюса будут всегда отталкиваться друг от друга, то их движения заставит диск или маховик вращаться вокруг своей оси. Кроме этого типа двигателя, имеется еще один, который очень схож по своему принципу работы с бестопливным.
Таким устройством стал магнитный двигатель, который имеет статор в виде постоянного магнитного кольца, а также ротор (или его еще называют якорь). Этот элемент представляет собой стержневой постоянный магнит, который размещен внутри статора в одной плоскости.
Смотреть галерею
Недостатком таких типов двигателей стало то, что они нуждаются в подводе электроэнергии для осуществления своей работы. При изобретении такого типа устройства ставилось несколько целей. Необходимо было добиться экологически чистого вида двигателя, который бы не имел вредных выхлопов в процессе своей работы, а также работал без потребления какого-либо вида топлива и без подвода электрической энергии из внешних источников. При этом он также не должен был загрязнять окружающую среду или атмосферный воздух.
Роторный двигатель
Вторым типом успешно реализованного альтернативного двигателя является роторный двигатель, называемый также по имени его изобретателя двигателем Ванкеля (Wankel). Единственный пример автомобиля с роторным двигателем, выпускаемого длительное время, — mazda RX-7. Роторный двигатель обладает рядом преимуществ перед поршневым двигателем. Двигатель с вращающейся камерой сгорания работает ровно и обладает высокой удельной мощностью.
Поскольку конструкция двигателя обеспечивает большую охлаждающую поверхность камеры сгорания, он работает на низкооктановом бензине.
Принципиальной особенностью роторного двигателя является ротор, имеющий в поперечном сечении треугольную форму, который вращается в рабочей полости корпуса двигателя. Форма рабочей полости в плане представляет собой геометрическую фигуру, называемую двухлепестковой эпитрохоидой. Уплотнения на углах, или ребрах, ротора постоянно находятся в контакте с поверхностью полости, поэтому ротор должен совершать планетарное движение. Это означает, что центр ротора движется вокруг центра двигателя.
На рисунке показано планетарное движение ротора. При планетарном движении ротора между его гранями и стенками полости образуются расширяющиеся и сжимающиеся камеры. В расширяющуюся камеру через впускной канал засасывается топливно-воздушная смесь. На рисунке показан впускной канал в корпусе двигателя.
Когда расширяющаяся камера достигает максимального объема, впускной канал отсекается от нее проходящим уплотнением ротора. Дальнейшее вращение ротора вызывает уменьшение объема камеры, в процессе которого происходит сжатие смеси. Искра свечи зажигания воспламеняет смесь. Высокое давление газов, образовавшихся при сгорании смеси, создает механический импульс, заставляющий ротор вращаться, расширяя камеру. Когда камера снова достигает максимального объема, одно из уплотнений на конце ротора минует выпускной канал, открывая его и позволяя отработавшим газам, находящимся под высоким давлением, покинуть камеру. Дальнейшее вращение ротора приводит к уменьшению объема камеры, в результате чего из нее выталкиваются остатки отработавших газов. На этом заканчивается рабочий цикл, аналогичный четырехтактному рабочему циклу поршневого двигателя. Ротор продолжает вращаться и рабочий цикл повторяется — начинается впуск новой порции смеси.
Помимо показанной на рисунке камеры сгорания, аналогичный рабочий цикл совершают еще две камеры сгорания, образуемые гранями ротора и стенкой рабочей камеры двигателя. В результате за один оборот ротора совершаются три последовательных рабочих цикла.
Энергия ротора заставляет вращаться эксцентриковый вал. Механизм действия этой кинематической схемы аналогичен механизму работы шатуна и коленчатого вала. За один оборот ротора эксцентриковый вал совершает три оборота. Таким образом, эксцентрик неизменно занимает правильную позицию, необходимую для восприятия каждого последующего импульсного момента вращения. Зубчатое колесо внутреннего зацепления, закрепленное на роторе, находится в зацеплении с зубчатым колесом внешнего зацепления, установленным на одном из торцов рабочей камеры двигателя. Назначение этой зубчатой передачи — поддерживать правильную синхронизацию ротора по отношению к эксцентрику и рабочей камере. Эти шестерни не участвуют в передаче крутящего момента (не испытывают нагрузки, создаваемой крутящим моментом).
Впускной и выпускной каналы в одних конструкциях двигателя проходят в стенке рабочей камеры, соприкасающейся с уплотнениями ротора, а в других — в ее торцевых стенках. Выемки в гранях ротора формируют камеры сгорания. Поскольку камера сгорания имеет достаточно большую длину, в некоторых конструкциях для быстрого, полного сгорания смеси используются две свечи зажигания. В этом случае требуются две отдельных системы зажигания.